[論文レビュー] Diboson production cross section at LHC

Vincenzo Paolo Lombardo|arXiv (Cornell University)|May 16, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける陽子-陽子衝突（√s = 7および8 TeV）から、ATLASおよびCMSコラボレーションによる二ボソン生成断面積の更新測定と、異常な三重ゲージボソン結合（aTGCs）への制約を提示する。結果は、次-leading-order QCD予測と非常に良好に一致しており、標準模型を超える新しい物理の兆候は観測されない。

ABSTRACT

This paper presents an overview of the diboson production cross-section measurements and constraints on anomalous triple-gauge boson couplings performed by the ATLAS and CMS collaborations using proton-proton collisions produced at a centre-of-mass energy of sqrt{s} = 7 and 8 TeV at LHC. Results for all combinations of W, Z and γ gauge bosons (excluding γγ) are presented with emphasis on the new WZ and ZZ production cross sections measured by ATLAS at sqrt{s} = 8 TeV and on the new constraints on anomalous triple-gauge couplings set by CMS in the WW and Zγ modes.

研究の動機と目的

• LHCエネルギー7および8 TeVにおける、W、Z、およびγゲージボソンのすべての組み合わせ（γγを除く）の二ボソン生成断面積を測定すること。
• 二ボソン生成断面積および運動学的分布のずれを探索することで、標準模型を検証し、新しい物理の兆候を特定すること。
• WZ、ZZ、WW、およびZγ最終状態の高精度測定を用いて、異常な三重ゲージボソン結合（aTGCs）を制約すること。
• 最適化された選別基準および多次元解析手法を用いて、QCDおよびジェット偽物生成の背景寄与を低減すること。
• 7 TeVで4.9 fb⁻¹、8 TeVで13 fb⁻¹のデータを用いてaTGCsの更新制約を提供し、新しい物理への感度を向上させること。

提案手法

• レプトン、光子、および消失横断運動量を含む崩壊チャネルを用いて、pp → Wγ + X、Zγ + X、WZ + X、WW + X、およびZZ + Xの全断面積および微分断面積を測定する。
• QCDおよびQED背景を抑制するために、厳密なレプトンおよび光子の識別、遮断、および角度的分離要件を適用する。
• 背景が支配するマルチジェット最終状態において、信号収量を抽出するためにビン化最尤フィットを用いる。
• 測定された分布（例：E_T^γスペクトル）を、MCFM + CT10部分子分布関数からの理論予測と直接比較できるようにアンフォールドする。
• 異常な三重ゲージボソン結合（aTGCs）をパrameterizeするための有効ラグランジアンを構築し、λ_γ、Δk_γ、λ_Z、Δk_Z、h₃^Zなどのパラメータを用いる。
• 複数の最終状態（WW、WZ、Zγ、ZZ）において、観測データと標準模型予測を比較することで、95%信頼水準でのaTGCパラメータの制限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 8 TeVにおける測定された二ボソン生成断面積は、次-leading-order QCD予測と一致するか？
• RQ2 WZ、ZZ、WW、またはZγ最終状態の運動学的分布に、異常な三重ゲージボソン結合を示唆するようなずれは存在するか？
• RQ3 8 TeVデータからのaTGCsの制約は、7 TeVデータおよびLEPやTevatronなどの過去の実験と比較してどのように異なるか？
• RQ4 Zγ → ννγチャンネルは、Zγ → ℓℓγチャンネルよりもaTGCsに対してより厳しい制約を与えるか？
• RQ5 8 TeVにおけるWZ生成断面積の観測値は、理論的期待値と比較してどの程度の有意性を示すか？

主な発見

• ATLASによる√s = 8 TeV、13 fb⁻¹のWZ生成断面積測定値は20.3⁺⁰.⁸₋₀.⁷（統計）⁺¹.²₋₁.¹（系誤差）⁺⁰.⁷₋₀.⁶（リューム）pbであり、NLO QCD予測の20.0 pbと非常に良好に一致している。
• ATLASによる√s = 8 TeV、20 fb⁻¹のZZ → 4ℓ断面積測定値は7.1⁺⁰.⁵₋₀.⁴（統計）± 0.3（系誤差）± 0.2（リューム）pbであり、NLO予測の7.2⁺⁰.³₋₀.² pbと整合的である。
• CMSによる√s = 8 TeV、3.5 fb⁻¹のWW断面積測定値は69.9 ± 2.8（統計）± 5.6（系誤差）± 3.1（リューム）pbであり、NLO予測の57.3⁺².⁴₋₁.⁶ pbよりも高いが、誤差範囲内で整合的である。
• いかなる二ボソン最終状態においても、標準模型からの顕著なずれは観測されず、すべてのaTGCパラメータは95%信頼水準でゼロと整合的な値に制限されている。
• CMSコラボレーションは、Zγ → ννγチャンネルにおいて、Zγ → ℓℓγチャンネルよりも厳しいaTGCsの制限を設定しており、新しい物理への感度が向上している。
• ATLASおよびCMSの統合結果は、すべての最終状態および中心系エネルギーにおいて、測定された二ボソン断面積と理論的予測との間で非常に良好な一致を示している。