[論文レビュー] Measurement of exclusive $γγ ightarrow W^+W^-$ production and search for exclusive Higgs boson production in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 8$ TeV using the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ATLAS検出器から得た20.2 fb$^{-1}$のデータを用いて、$√{s} = 8$ TeVにおける$pp$衝突において、排他的$γγ \to W^+W^-$生成および排他的ヒッグスボソン生成の探索を報告する。$W^+W^-$生成において3.0$σ$の過剰が観測され、これは標準模型と整合的であり、断面積は$6.9 \pm 2.2\text{ (統計)} \pm 1.4\text{ (系誤差)}$ fbとして測定された。また、異常な四次ゲージ結合定数および排他的ヒッグス生成に対して95%信頼水準の上限が設定された。

ABSTRACT

Searches for exclusively produced $W$ boson pairs in the process $pp(γγ) ightarrow pW^+W^-p$ and exclusively produced Higgs boson in the process $pp(gg) ightarrow pHp$ have been performed using $e^{\pm}μ^{\mp}$ final states. These measurements use 20.2 fb$^{-1}$ of $pp$ collisions collected by the ATLAS experiment at a center-of-mass energy $\sqrt{s}=8$ TeV at the LHC. Exclusive production of $W^+W^-$ consistent with the Standard Model prediction is found with 3.0$σ$ significance. The exclusive $W^+W^-$ production cross-section is determined to be $σ(γγ ightarrow W^{+}W^{-} ightarrow e^{\pm}μ^{\mp} X) = 6.9 \pm 2.2 (\mathrm{stat.}) \pm 1.4 (\mathrm{sys.})$ fb, in agreement with the Standard Model prediction. Limits on anomalous quartic gauge couplings are set at 95\% confidence-level as $-1.7 imes 10^{-6} < a_0^W/Λ^2 < 1.7 imes 10^{-6}$ GeV$^{-2}$and $-6.4 imes 10^{-6} < a_C^W/Λ^2 < 6.3 imes 10^{-6}$ GeV$^{-2}$. A 95\% confidence-level upper limit on the total production cross-section for exclusive Higgs boson is set to 1.2 pb.

研究の動機と目的

• ATLAS検出器を用いて、$√{s} = 8$ TeVにおける$pp$衝突における排他的$γγ \to W^+W^-$生成の探索を目的とする。
• WWγγ頂点を含む異常な四次ゲージ結合定数（aQGC）に対する上限を設定することを目的とする。
• 同じデータセットにおいて、$gg \to pH$経由の排他的ヒッグスボソン生成の探索を目的とする。
• 標準模型の排他的$W^+W^-$生成予測の妥当性を検証し、断面積または結合定数の強さのずれによって新しい物理を探るのを目的とする。

提案手法

• 排他的$γγ \to W^+W^-$生成をモデル化するために、等価光子近似（EPA）を用いる。この場合、陽子が準実在光子を放出し、それらが対消滅して$W^+W^-$対を生成する。
• $e^\pm\mu^\mp$最終状態を持つイベントを分析し、検出器内に追加の活動がないことを要件として、排他的過程を同定する。
• 背景を抑制するための選別基準を適用し、レプトンの分離度、欠落横断運動量、$p_T$のバランスを要件とする。
• 異常な四次ゲージ結合定数（aQGC）のパrameterizationにおいてユニタリティを保つために、ドーナツ型フォーム因子を用い、カットオフエネルギー尺度を$\Lambda_{\text{cutoff}}$とする。
• データを同時にフィットして、$W^+W^-$断面積を抽出し、95%信頼水準で$a_0^W/\Lambda^2$および$a_C^W/\Lambda^2$に対する上限を設定する。
• 尤度に基づく手法を用いて、排他的ヒッグスボソン生成の全断面積に対する上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $√{s} = 8$ TeVにおける$pp$衝突において、排他的$γγ \to W^+W^-$生成の証拠は存在するか？
• RQ2 WWγγ頂点における異常な四次ゲージ結合定数$a_0^W/\Lambda^2$および$a_C^W/\Lambda^2$に対する上限は何か？
• RQ3 観測された$W^+W^-$生成率は、標準模型の予測からずれているか？
• RQ4 8 TeVにおける$pp$衝突におけるグルーオン融合経由の排他的ヒッグスボソン生成の断面積に対する上限は何か？

主な発見

• 排他的$γγ \to W^+W^-$生成の観測において、標準模型の予測と整合的である3.0$σ$の過剰が$W^+W^-$最終状態で観測された。
• $γγ \to W^+W^- \to e^\pm\mu^\mp X$の断面積は、$6.9 \pm 2.2\text{ (統計)} \pm 1.4\text{ (系誤差)}$ fbとして測定された。
• 95%信頼水準における異常な四次ゲージ結合定数に対する上限は、$-1.7 \times 10^{-6} < a_0^W/\Lambda^2 < 1.7 \times 10^{-6}$ GeV$^{-2}$および$-6.4 \times 10^{-6} < a_C^W/\Lambda^2 < 6.3 \times 10^{-6}$ GeV$^{-2}$として設定された。
• 排他的ヒッグスボソン生成の全断面積に対する95%信頼水準の上限は1.2 pbに設定された。
• 結果は標準模型と整合的であり、排他的$W^+W^-$またはヒッグス生成チャネルにおいて新しい物理の証拠を示唆しない。