[論文レビュー] Dissecting the Wjj Anomaly: Diagnostic Tests of a Leptophobic Z'

J.L. Hewett, T. G. Rizzo|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、CDFの$Wjj$異常を説明するため、レプトファビックな$Z^{\backprime}$ボソンを検討し、断面積制約とダイジェットデータを用いて、上クォークおよびダウンクォークに対する許容される結合領域を特定する。LHCにおける$W+Z^{\backprime}$および$Z/\backslash\text{γ}+Z^{\backprime}$関連生成が観測可能であり、小規模なテバトロンでの生成率にもかかわらず、運動量分布が$Z^{\backprime}$結合に関する主要な診断情報となることが予測される。

ABSTRACT

We examine the scenario where a leptophobic Z' boson accounts for the excess of events in the Wjj channel as observed by CDF. We assume generation independent couplings for the Z' and obtain allowed regions for the four hadronic couplings using the cross section range quoted by CDF as well as constraints from dijet production at UA2. These coupling regions translate into well-determined rates for the associated production of Z/γ+Z' at the Tevatron and LHC, as well as W+Z' at the LHC,that are directly correlated with the Wjj rate observed at the Tevatron. The Wjj rate at the LHC is large and this channel should be observed soon once the SM backgrounds are under control. The rates for Z/γ+Z' associated production are smaller, and these processes should not yet have been observed at the Tevatron given the expected SM backgrounds. In addition, we also show that valuable coupling information is obtainable from the distributions of other kinematic variables, e.g., M_{WZ'}, p_T^W, and \cos θ_W^*. Once detected, these associated production processes and the corresponding kinematic distributions examined here will provide further valuable information on the Z' boson couplings.

研究の動機と目的

• CDFの$Wjj$異常を説明することができ、既存の制約を満たすレプトファビック$Z^{\backprime}$ボソンの有効な結合領域を特定すること。
• CDFの断面積データとUA2のダイジェット制約を用いて、左巻きおよび右巻きの上クォークおよびダウンクォークへの$Z^{\backprime}$結合を制約すること。
• テバトロンおよびLHCにおける$W+Z^{\backprime}$および$Z/\gamma+Z^{\backprime}$関連生成の観測可能な生成率を予測すること。
• 運動量分布（$M_{WZ^{\backprime}}$、$p_T^W$、$\cos\theta_W^*$、$\beta_{Z^{\prime}}$）が、$Z^{\backprime}$結合に関するモデルに依存しない追加の情報を提供することを示すこと。
• 標準模型背景レベルと統合された光度を考慮して、LHCおよびテバトロンにおける$Z^{\backprime}$信号の検出可能性を評価すること。

提案手法

• CDFが報告した$Wjj$断面積範囲（4.3 fb⁻¹）とUA2のダイジェット生成制約を用いて、$Z^{\backprime}$の4つのハドロン結合（$u_L, u_R, d_L, d_R$）を制約する。
• 世代依存性のない結合とレプトファビック性を仮定し、直接的な$Z^{\backprime}$二レプトン探索や$Z-Z^{\backprime}$混合（$<10^{-3}$）を回避することで、精密電弱データを保持する。
• 導出された結合領域を用いて、テバトロンおよびLHCにおける$W+Z^{\backprime}$および$Z/\gamma+Z^{\backprime}$生成の理論的断面積を計算する。
• 微分断面積（$d\sigma/dM_{WZ^{\backprime}}$、$d\sigma/dz$（$z=\cos\theta^*$）、$p_T^W$、$y_W$、$\beta_{Z^{\prime}}$）を分析し、特に左巻きクォーク結合に関する情報を抽出する。
• 予測された生成率と期待される標準模型背景を比較して、テバトロンおよびLHCにおける検出可能性を評価する。
• LEPIIエネルギーでの$e^+e^- \to q\bar{q}Z^\prime$ブラムストラール散乱を評価し、このチャネルが制約として成立しないことを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レプトファビックな$Z^\prime$ボソンの左巻きおよび右巻き結合領域は、CDFの$Wjj$異常を再現するためにどの程度許容されるか？
• RQ2 UA2のダイジェットデータとD0での$Z^\prime$非観測という制約が、有効な結合空間をどのように形作るか？
• RQ3 $Z^\prime$仮説のもとで、テバトロンおよびLHCにおける$W+Z^\prime$および$Z/\gamma+Z^{\prime}$関連生成の断面積は予測されるか？
• RQ4 $M_{WZ^\prime}$、$p_T^W$、$\beta_{Z^\prime}$などの運動量分布が、$u_L - d_L$結合構造に関する独立した情報を提供できるか？
• RQ5 現在の光度と標準模型背景の制御を考慮した場合、LHCにおける$W+Z^\prime$チャンネルは観測可能と予想されるか？

主な発見

• CDFの$Wjj$データ、UA2のダイジェット制約、D0での$Z^\prime$非観測という3つの制約の組み合わせにより、$Z^\prime$の結合領域は顕著に制限され、特に右巻き結合が制限される。
• LHCにおける$W+Z^\prime$関連生成断面積は、標準模型背景が制御されれば、数fb⁻¹の統合光度で観測可能である。
• $Z/\gamma+Z^\prime$関連生成断面積は小さく、現在のデータではテバトロンでの観測は困難であるが、LHCでは依然として測定可能である。
• 運動量分布（$d\sigma/dM_{WZ^\prime}$、$d\sigma/dz$、$p_T^W$、$\beta_{Z^\prime}$）は、$u_L - d_L$結合差に非常に敏感であり、$Z^\prime$結合構造に関する重要な情報を提供する。
• $W^\pm$の$p_T$スペクトルは、$u_L$と$d_L$の差に特に敏感であり、差が大きいほどより硬いスペクトルを示す。これにより、結合の直接的な同定が可能になる。
• 中心力系における$Z^\prime$速度分布（$\beta$）は結合に依存し、$u_L \neq d_L$のときには高い値にピークする。これは$Z^\prime$のスピン1性質の検証に役立つ。