[論文レビュー] Measurement of the inclusive WZ production cross section in pp collisions at $ \sqrt{ extrm{s}} $ = 13.6 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2395 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、2022年にCMS実験が収集した34.7 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13.6 TeVの陽子-陽子衝突における包括的WZ生成断面積の測定を報告する。4つのレプトンフレーバー・カテゴリ（eee、eeμ、μμe、μμμ）に対する同時尤度フィットを用いて、断面積はσ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2（統計）± 1.2（システムティック）± 0.8（ライブニティ）± 0.3（理論）pbとして測定され、標準模型予測と非常に良好に一致している。

ABSTRACT

The inclusive WZ production cross section is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, using data collected during 2022 with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb$^{-1}$. The measurement uses multileptonic final states and a simultaneous likelihood fit to the number of events in four different lepton flavour categories: eee, ee$μ$, $μμ$e, and $μμμ$. The selection is optimized to minimize the number of background events, and relies on an efficient prompt lepton discrimination strategy. The WZ production cross section is measured in a phase space defined within a 30 GeV window around the Z boson mass, as $σ_{ ext{total}}$(pp $ o$ WZ) = 55.2 $\pm$ 1.2 (stat) $\pm$ 1.2 (syst) $\pm$ 0.8 (lumi) $\pm$ 0.3 (theo) pb. In addition, the cross section is measured in a fiducial phase space closer to the detector-level requirements. All the measurements presented in this paper are in agreement with standard model predictions.

研究の動機と目的

• 多レプトン最終状態を用いて、√s = 13.6 TeVの陽子-陽子衝突における包括的WZ生成断面積を測定すること。
• Zボソン質量近傍の位相空間において断面積を測定することで、WZ生成の標準模型予測を検証すること。
• 精密な断面積測定を通じて、異常な三重ゲージ結合（TGCs）への感度を評価すること。
• 高純度の多レプトン最終状態を用いて、LHCのRun 3における検出器および解析の性能を検証すること。
• 検出器レベルの再構成要件に近い位相空間におけるフィダシアル断面積測定を提供すること。

提案手法

• 本分析では、4つのレプトンフレーバー・カテゴリ（eee、eeμ、μμe、μμμ）におけるイベント数を同時に最大尤度フィットすることで解析を行う。
• 背景寄与を最小限に抑える最適化された基準を用いてイベントを選別する。
• 即時レプトン識別を適用して、非即時および誤識別レプトンを抑制する。
• 統計的、システムティック的、ライブニティおよび理論的不確実性を考慮した尤度フィットを用いて信号抽出を実施する。
• シミュレーテッド信号およびバックグラウンド標本は、QCDにおけるNLOでPOWHEGおよびMADGRAPH5 aMC@NLOを用いて生成され、パートンシャワーリングおよびハドロン化にはPYTHIA 8をインターフェースする。
• 検出器応答および再構成は、衝突データに基づくアライメントおよびキャリブレーションを用いてGEANT4でモデル化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13.6 TeVの陽子-陽子衝突における包括的WZ生成断面積は何か？
• RQ2 測定された断面積は標準模型予測とどの程度一致しているか？
• RQ3 この測定は、異常な三重ゲージ結合（TGCs）にどの程度感度を持つか？
• RQ4 低エネルギーでの以前の測定結果と比較して、結果はどうなるか？
• RQ5 検出器レベルの要件に近い位相空間におけるフィダシアル断面積は何か？

主な発見

• 包括的WZ生成断面積はσ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2（統計）± 1.2（システムティック）± 0.8（ライブニティ）± 0.3（理論）pbとして測定された。
• 測定結果は標準模型予測と非常に良好に一致しており、顕著なずれは観測されなかった。
• フィダシアル断面積は検出器レベル再構成要件に近い位相空間で測定され、今後の解析のベンチマークを提供する。
• 不確実性予算は統計的およびシステムティック的不確実性が支配的であり、ライブニティおよび理論的不確実性も小さいが重要な寄与をしている。
• 多レプトン最終状態において、即時レプトン識別効率が高く、バックグラウンド抑制が効果的であることが示された。
• 13 TeVでの以前の測定結果と整合的であり、13.6 TeVという新しいRun 3エネルギー領域への精度の拡張が達成された。