[論文レビュー] NLO+NLL limits on $W'$ and $Z'$ gauge boson masses

Je\v{z}o, Tom\'a\v{s}, Michael Klasen+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ハドロン衝突におけるW′およびZ′ゲージボソン生成について、標準模型ゲージボソンとの完全な干渉効果を含めたNLO+NLL QCD再結合計算を提示する。この手法により、特に高質量領域における断面積予測の理論的精度が向上し、排他限界が強化される：UUモデルにおいてW′ボソンは3.9–4 TeV未満で、Z′ボソンは2.75–3.2 TeV未満で排他され、従来の間接的制約を上回る。

ABSTRACT

QCD resummation predictions for the production of new charged ($W'$) and neutral ($Z'$) heavy gauge bosons decaying leptonically are presented. These results are obtained with our resummation code at next-to-leading order and next-to-leading logarithmic (NLO+NLL) accuracy. Our predictions are compared to PYTHIA at leading order (LO) supplemented with parton showers (PS) and FEWZ at NLO and next-to-next-to-leading order (NNLO) for the $p_T$-differential and total cross sections in the Sequential Standard Model (SSM) and general SU(2)$ imes$SU(2)$ imes$U(1) models. We show that the importance of resummation for total cross sections increases with the gauge boson mass. Finally, the latest ATLAS and CMS results are reinterpreted to derive new limits at NLO+NLL on $W'$ and $Z'$ boson masses in general extensions of the Standard Model.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における高質量W′およびZ′ゲージボソン生成の断面積予測における理論的精度を向上させること。
• 標準模型ゲージボソンと新しい物理の間の完全な干渉効果を含めることで、標準的なLO+PSおよび固定順序NNLO計算に欠落している要素を補完すること。
• NLO+NLL再結合と干渉効果を用いて最新のATLASおよびCMS実験結果を再解釈し、更新された質量排他限界を導出すること。
• 順次標準模型（SSM）を越えて、一般のSU(2)×SU(2)×U(1)モデル、特にUUおよびNU実現に拡張すること。

提案手法

• 本研究では、NLO+NLL精度で動作する公開のRESUMMINOコードを用いて、W′およびZ′生成のpT微分断面積および全断面積を計算する。
• RESUMMINOフレームワーク内での2→2過程実装により、SMと新しいゲージボソン間の干渉効果を、狭帯域近似を避けて取り入れる。
• 理論的予測は、SSMおよびUU/NU G(221)モデルを含む複数のベンチマークモデルにおいて、PYTHIAのLO+PSおよびFEWZのNLO/NNLO結果と比較される。
• 実験分析条件に一致させるために、(例：Q > 0.4MW′ または 0.6MZ′ < Q < 1.4MZ′) などの運動量的カットが適用される。
• NLO+NLL予測を用いてATLASおよびCMSのデータを再解釈し、干渉および再結合効果を信号断面積に再キャリブレーションする。
• 95%信頼水準における観測および期待される実験的排他限界と比較することで、質量限界が導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO+NLL QCD再結合効果は、LO+PSおよび固定順序NNLO計算と比較して、W′およびZ′ボソンのpTスペクトルおよび全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 SMと新しいゲージボソン間の干渉効果は、通常の実験的運動量的カット下で、予測断面積をどの程度変化させるか？
• RQ3 干渉および再結合の取り入れが、SSMおよびUU/NUモデルにおけるW′およびZ′ボソン質量の導出限界にどのように影響を与えるか？
• RQ4 再結合の重要性は、ゲージボソン質量の増加に伴いどのように変化するか、特に生成閾値付近でどうか？
• RQ5 干渉効果を含むNLO+NLL予測を用いたATLASおよびCMSデータの再分析は、以前の研究に比べてより強い排他限界をもたらすか？

主な発見

• NLO+NLL再結合予測は、全断面積においてFEWZのNLO/NNLO結果と1–2%のレベルで一致し、RESUMMINO実装の正確性が裏付けられる。
• 干渉効果により、高質量領域（例：4 TeV）では予測断面積が最大2倍にまで増加する。特に、共鳴質量の50%未満のインヴァリアント質量カットが適用される場合に顕著である。
• 再結合効果により、NLO予測はNLO+NLLで約20%向上し、ゲージボソン質量が増加するにつれて重要性が高まる。
• UUモデルでは、干渉および再結合を含めた結果、W′ボソンの質量限界が低エネルギー制約による2.5 TeVから3.9–4 TeVに改善される。
• Z′ボソンに関しては、CMSデータの再分析によりUUモデルで2.75–3.2 TeVの排他限界が得られ、以前の間接的限界2.5 TeVを上回る。
• 再結合効果は、高質量および低pT領域で最も顕著であり、固定順序計算では支配的対数寄与を捉えきれない。