[論文レビュー] Multi-W Events at LHC from a Warped Extra Dimension with Custodial Symmetry

Christopher Roger Dennis, Unel, Muge Karagoz+2 more|ArXiv.org|Jan 19, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、カーリー＝クライン（KK）の底クォーク（$\tilde{b}_R$）およびカスティオナル対称性を有する歪んだ余剰次元モデルにおける電荷 $Q=5/3$ の特異クォークが、大型ハダロン衝突型加速器（LHC）で対生成され、$tW$ 衰えを通じて特徴的な4Wボソン最終状態を生成する可能性を提案している。研究では、このような $4W + b\bar{b}$ イベントが二重ジェット質量ピーク解析を用いることで $5\sigma$ を超える有意性で検出可能であることを示しており、カスティオナル対称性を有するランセル＝サンダース（RS）モデルを探査するための独自のシグネチャを提供している。

ABSTRACT

Randall-Sundrum models based on SU(2)_L * SU(2)_R with custodial symmetry are compelling frameworks for building alternative models of electroweak symmetry breaking. A particular feature of these models is the likely presence of light Kaluza-Klein fermions related to the right-handed top quark. These can be as light as a few hundred GeV and still compatible with EW precision constraints. In this article, we study the detectability of four-W final states at the LHC, which arise from the pair-production and tW decay of light Kaluza-Klein bottom quarks as well as light Kaluza-Klein quarks carrying electric charge 5/3.

研究の動機と目的

• カスティオナル対称性を有するランセル＝サンダースモデルにおける軽量のカーリー＝クラインフェルミオンの対生成から生じる多W最終状態の検出可能性を調査すること。
• 標準模型（SM）とは異なる特徴的な加速器シグネチャ、特に $4W + b\bar{b}$ を特定すること。
• 実際のシミュレーションとバックグラウンド解析を用いて、LHCにおけるこのようなシグナルの発見可能性を評価すること。
• 同一符号のレプトンと $b$ + 4ジェットの組み合わせインバリアント質量を用いた再構成により、$\tilde{b}_R$ と特異的 $Q=5/3$ クォークの寄与を区別する手法を提案すること。

提案手法

• 少なくとも1つの $W$ ボソンがレプトン的に、他の $W$ ボソンがハドロン的に崩壊するという条件で、$gg, q\bar{q} \to \tilde{b}_R \bar{\tilde{b}}_R \to W^- t W^+ \bar{t} \to W^- W^+ b W^+ W^- \bar{b}$ の信号過程をモンテカルロシミュレーションする。
• Comphep および CalcHEP を用いたモンテカルロイベント生成により、信号およびバックグラウンド過程をモデル化する。
• 信号の有意性を向上させるために、$t\bar{t}$ 衰え生成物を分離するための二重ジェット質量再構成技術を適用する。
• $\gamma\gamma \to 4W$ および $\gamma\gamma \to 2W2j$ などの主要な標準模型バックグラウンドと信号を比較する。
• 同一符号のレプトンと $b$ + 4ジェットのインバリアント質量の組み合わせに基づく再構成戦略を提案し、$\tilde{q}$（特異的 $Q=5/3$）と $\tilde{b}_R$ の寄与を区別する。
• Higgs粒子の質量を300 GeVと仮定し、$10\ \text{fb}^{-1}$ の統合したルミノシティを用いて信号の有意性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カスティオナル対称性を有する歪んだ余剰次元における軽量のカーリー＝クラインの底クォーク（$\tilde{b}_R$）が、LHCで対生成され、検出可能な $4W + b\bar{b}$ 最終状態を生成できるか？
• RQ2 バックグラウンド抑制後のこのような $4W$ イベントの信号有意性はどの程度で、$5\sigma$ 発見閾値を超えるか？
• RQ3 $\tilde{b}_R$ シグナルは、特異的 $Q=5/3$ クォークなどの他の軽量カスティオナル対称性の実現者とどのように区別できるか？
• RQ4 $tW$ 衰えチェーンが、このモデルにおける一意的で識別可能な $4W$ シグネチャを生成する役割を果たすか？
• RQ5 同一符号のレプトンと $b$ + 4ジェットのインバリアント質量再構成を組み合わせることで、$\tilde{b}_R$ と特異的クォークの寄与を分離できるか？

主な発見

• 統合ルミノシティ $10\ \text{fb}^{-1}$ の下で、$\tilde{b}_R$ 対生成から生じる $4W + b\bar{b}$ 最終状態は、$5\sigma$ を超える有意性を示す明確なシグネチャである。
• 信号の二重ジェット質量分布には明確なピークが現れ、主要なSMバックグラウンドからの効果的な分離が可能である。
• 完全にレプトン的である $4W$ 衰えモード（4レプトン + $b\bar{b}$ + 遺失エネルギー $E_T$）の生成率は、混合レプトン的／ハドロン的モードと比較して2桁以上抑制されている。
• $\tilde{q}$（特異的 $Q=5/3$）クォークは、同一符号レプトンと $b$ + 4ジェットのインバリアント質量分布における狭いピークを用いて $\tilde{b}_R$ と区別できる。
• この手法は、信頼性の高いレプトン電荷測定と $tW \to bjjjj$ 衰えの完全再構成に依存するが、高い再構成要件のため、低効率である。
• 本研究では、$\tilde{q}$ カスティオナル対称性の存在を確認するには、$10\ \text{fb}^{-1}$ よりも多くのデータ、例えばLHCの年間設計ルミノシティ $100\ \text{fb}^{-1}$ が必要であると示唆している。