[論文レビュー] Leptoquark searches in CMS

Y. Takahashi|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突において、35.9 fb⁻¹の統合光度を用いてスカラーおよびベクトルレプトクォーク（LQs）の更新されたCMS探索を提示する。第二および第三世代のLQsが、二重ミューオン、二重タウ、または運動量の欠損を伴う最終状態に崩壊する場合に注目し、多変量およびカットベースの解析を高度に適用してきびしい除外限界を設定した。第二世代LQsはβ=1.0の場合、1530 GeVまで、第三世代LQsは95%信頼水準で750 GeVまで除外され、B物理学の異常を説明するモデルを制約した。

ABSTRACT

Leptoquarks (LQs) are hypothetical bosons, each coupling to a lepton and a quark of a given generation. They recently got particular attention, as the "TeV-scale LQ" might explain observed anomalies reported by dedicated B physics experiments. In these proceedings, the recent progress of the direct searches on LQs at CMS experiment is presented. The results are based on a data sample of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded with the CMS detector corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb-1.

研究の動機と目的

• B物理学の崩壊における異常を動機として、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突におけるスカラーおよびベクトルレプトクォーク（LQs）の探索を目的とする。
• 観測されたB → K*μ⁺μ⁻崩壊におけるB物理学の異常を説明するためのTeVスケールのLQsの妥当性を検証する。
• LQ対生成および単一生成の文脈で、既存のスキュアーやグルインタの探索を再解釈することで、LQの感度を向上させる。
• トップ、ボトム、タウクォークを含む最終状態、特に運動量の欠損を伴うものやbジェットを含むものへのLQ探索の範囲を拡張する。
• 特にB物理学の異常を説明するモデルを想定して、LQ質量およびヤウカワカップリングの95%信頼水準での除外限界を設定する。

提案手法

• μμjjおよびμνjjチャンネルでは、カットアンドカウント法を用い、ST^μμjj、Mμμ、およびM^min_μjの最適化された運動量カットを適用して、信号対バックグラウンド比を向上させる。
• ννjj、ννbb、およびννtt最終状態では、以前のスキュアーグルインタ探索を再解釈し、LQ対生成における受容率がスキュアーよりも同程度であると仮定する。
• ττttおよびττbbチャンネルでは、ハドロン的崩壊を示すτレプトン（τh）を用い、遮断および電荷要件を課し、少なくとも1つのbタグ付きジェットを要件とすることで、トップ/ボトムクォークの特徴を強化する。
• バックグラウンドはQCDマルチジェットに対してデータ駆動型手法、t¯tおよびZ+jetsに対してはシミュレーションサンプルを用い、信号抽出にはビン化された最大尤度フィットを用いる。
• eτh、μτh、τhτhおよびeμコントロール領域を含む複数の最終状態の結果を組み合わせることで、システムティック不確実性の制約と感度を向上させる。
• LQ質量および分岐比βの95%信頼水準での除外限界を設定し、ヤウカワカップリングλに依存する感度を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第二世代レプトクォークが二重ミューオンまたはミューオン＋ニュートリノ＋ジェットに崩壊する場合のCMSの感度はどの程度か。また、どのような質量限界が設定可能か。
• RQ2 既存のスキュアーやグルインタ探索の再解釈は、スカラーおよびベクトルレプトクォーク対生成をどの程度制約するか。
• RQ3 ττ最終状態に崩壊する第三世代レプトクォークの限界は、B物理学の異常が好むパラメータ空間と比較してどうか。
• RQ4 τおよびボトムクォークに崩壊する単一生成レプトクォークの除外限界は何か。また、ヤウカワカップリングλをどの程度制約するか。
• RQ5 複数の最終状態からの組み合わせ結果は、レプトクォークモデル全体の感度をどの程度向上させるか。

主な発見

• β = 1.0の場合、第二世代スカラーLQsは1530 GeV未満で95%信頼水準で除外され、β = 0.5では1285 GeV未満で除外される。
• λ = 1およびβ = 1の場合、第三世代スカラーLQsはττtt最終状態に基づき750 GeV未満で95%信頼水準で除外される。
• スキュアーグルインタ探索の再解釈により、スカラーおよびベクトルLQ対生成の制約が、スキュアーよりも同程度の受容率を仮定してより高い質量域まで拡張された。
• ττbb最終状態の探索により、τおよびボトムクォークに崩壊するLQの制限が得られ、1–2 TeVの質量範囲での感度が向上した。
• 観測データは、すべてのチャンネルで標準模型バックグラウンドと整合しており、調査されたLQ質量範囲全域で顕著な過剰は観測されなかった。
• 組み合わせ結果により、B物理学の異常を説明できるスカラーLQのパラメータ空間が、特にλ ≈ 0.95 ± 0.25 × m_LQ (TeV) の領域で制約し始めている。