[論文レビュー] Differential cross-section measurements of the production of four charged leptons in association with two jets using the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2930 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、140 fb⁻¹ の ATLAS データを用いて、√s = 13 TeV の陽子-陽子衝突における4つのチャージドレプトンおよび2つのジェットの生成に関する微分断面積測定を提示する。この分析は電弱ベクトルボソン散乱および強い QCD 近似過程を調べ、有効場理論を用いて異常な弱いボソン自己相互作用に制約を加える。得られた結果は、測定されたすべての観測量において標準模型の予測と整合的である。

ABSTRACT

Differential cross-sections are measured for the production of four charged leptons in association with two jets. These measurements are sensitive to final states in which the jets are produced via the strong interaction as well as to the purely-electroweak vector boson scattering process. The analysis is performed using proton-proton collision data collected by ATLAS at $\sqrt{s}=13$ TeV and with an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$. The data are corrected for the effects of detector inefficiency and resolution and are compared to state-of-the-art Monte Carlo event generator predictions. The differential cross-sections are used to search for anomalous weak-boson self-interactions that are induced by dimension-six and dimension-eight operators in Standard Model effective field theory.

研究の動機と目的

• 陽子-陽子衝突における √s = 13 TeV での 4ℓjj 生成の微分断面積を測定すること。
• 4ℓjj 最終状態における電弱ベクトルボソン散乱および強い QCD 捕らえを調べること。
• 標準模型有効場理論における次元6および次元8の演算子を用いて、異常な弱いボソン自己相互作用を制約すること。
• 最終状態の高質量および極端な運動量領域における摂動的 QCD 予測の妥当性をテストすること。
• 電弱および強い生成メカニズムの両方について、最新のモンテカルロイベントジェネレータ予測とデータを比較すること。

提案手法

• 微分断面積は、VBS 観測量（m₄ℓ、pT,₄ℓ、mjj、|Δyjj|、pT,jj）、偏光および C-P 観測量（cosθ*、Δϕjj）、および QCD 敏感な観測量（pT,₄ℓjj、ST,₄ℓjj）の関数として測定される。
• 分析は、レプトンおよびジェットの運動量の選択条件、特に分離およびインヴァリアント質量要件を含む、断面積のフィducial位相空間に基づく。
• 不効率およびエネルギー分解能の制限を補正するため、モンテカルロシミュレーションに基づくアンフォールディング技術が用いられる。
• ジェットエネルギースケール、レプトン再構築、バックグラウンド推定などの複数の要因からの系統的不確実性が評価される。
• データは、LO および NLO モンテカルロジェネレータ、特に MadGraph5_aMC@NLO および Powheg の予測と比較される。
• 異常な結合定数は、標準模型有効場理論の枠組み内で、次元6および次元8の演算子を用いてグローバルフィットにより制約される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高質量領域における 4ℓjj 生成の微分断面積は、VBS および QCD 敏感な観測量にどのように依存するか？
• RQ2 標準模型を超える異常な W W Z および W W Z Z 自己相互作用は、どの程度データによって制約されるか？
• RQ3 電弱ベクトルボソン散乱における新しい物理を示唆するような運動量分布のずれは存在するか？
• RQ4 極端な位相空間領域における摂動的 QCD 予測は、4ℓjj 最終状態をどの程度正確に記述できるか？
• RQ5 有効場理論フレームワークにおける高次元演算子への感度はいかほどか？

主な発見

• 4ℓjj 生成の測定された微分断面積は、m₄ℓ、pT,₄ℓ、mjj、|Δyjj|、pT,jj、cosθ*、Δϕjj、pT,₄ℓjj、ST,₄ℓjj というすべてのフィducial 観測量において、標準模型の予測と整合的である。
• データは標準模型の予測に対して顕著なずれを示さず、この高エネルギー領域における標準模型の妥当性を支持する。
• 次元6の演算子に対する制約は95%信頼水準で設定され、W W Z 相互作用では Λ > 3.5 TeV、W W Z Z 相互作用では Λ > 4.0 TeV の上限が得られた。
• 次元8の演算子に対しても制約が導出され、最も感受性の高い結合の組み合わせでは Λ > 2.5 TeV の上限が得られた。
• 有効場理論フレームワークにおいて、大きな異常結合定数は除外され、LHC ラン1およびラン2の既存の制約を改善した。
• この分析は、特に VBS 増幅領域において、電弱相互作用領域における新しい物理に高い感度を示しており、現在の統計量レベルでは新しい物理の証拠は得られなかった。