[論文レビュー] Observation of WW$\gamma$ production and search for H$\gamma$ production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2382 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 59被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、138 fb⁻¹の統合光度を用いて、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突においてWWγ生成の初観測を報告し、5.6標準偏差の有意水準を示した。また、軽いクォークへのヒッグス結合を通じたHγ生成の探索を行い、従来の結果よりも高い感度でこれらのユカワ結合を制約した。

ABSTRACT

The observation of WW$\gamma$ production in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV with an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ is presented. The observed (expected) significance is 5.6 (4.7) standard deviations. Events are selected by requiring exactly two leptons (one electron and one muon) of opposite charge, moderate missing transverse momentum, and a photon. The measured fiducial cross section for WW$\gamma$ is 6.0 $\pm$ 0.8 (stat) $\pm$ 0.7 (syst) $\pm$ 0.6 (modeling) fb, in agreement with the next-to-leading order quantum chromodynamics prediction. The analysis is extended with a search for the associated production of the Higgs boson and a photon, which is generated by a coupling of the Higgs boson to light quarks. The result is used to constrain the Higgs boson couplings to light quarks.

研究の動機と目的

• 標準模型で予測されているが、これまでこのエネルギー領域で観測されていなかった、√s = 13 TeVにおける陽子-陽子衝突でのWWγ生成の観測を目的とする。
• グルーオン融合を除いてアクセス不可能な、軽いクォーク（u, d, c, s）へのヒッグス結合を通じたヒッグス粒子と光子の関連生成（Hγ）の探索を目的とする。
• Hγ生成チャネルを用いてヒッグス粒子の軽いクォークへのユカワ結合を制約し、以前の限界を改善することを目的とする。
• W、Zおよび光子を含むマルチボソン過程の精度測定を通じて、標準模型の電弱相互作用領域をテストすることを目的とする。
• 標準模型の予測から逸脱する、三ボソン生成率や断面積の変動を介して、新しい物理を探索することを目的とする。

提案手法

• イベントは、電荷が逆で、やや高い運動量を持つ電子とミューオン、および高エネルギー光子を含む。
• 粒子フロー法を用いて、トラッカー、ECAL、HCAL、ミューオン・チェンバーからの情報を統合し、粒子を再構築および同定する。
• ジャケットは、距離パrameter 0.4を用いた反-kTアルゴリズムで再構築され、積層、検出器の非一様性、データとシミュレーションの差異を補正する。
• Drell-Yan、トップクォーク、マルチジェット過程からのバックグラウンドは、コントロール領域とシミュレーションを用いて推定され、可能な限りデータ駆動的手法が適用される。
• 信号の有意水準は、プロファイル条件付き尤度法を用いて評価され、システムティック不確実性は統計的モデル化を通じて伝搬される。
• Hγ探索は同じ最終状態で実施され、ヒッグス粒子の軽いクォークへの結合に感度を高めるように信号領域が最適化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13 TeVにおける陽子-陽子衝突でのWWγ生成断面積は測定されたか？ また、標準模型の予測と一致するか？
• RQ2 同じ最終状態で、ヒッグス粒子と光子の関連生成が観測可能か、あるいは制約可能か？
• RQ3 Hγチャネルを用いて、ヒッグス粒子の軽いクォーク（u, d, s, c）へのユカワ結合にどの程度の制約を課すことができるか？
• RQ4 観測された三ボソン生成率は、次-leading-order量子色力学予測とどのように一致するか？
• RQ5 WWγまたはHγ生成率に、標準模型を超える新しい物理を示唆するような逸脱は観測されたか？

主な発見

• WWγ生成は5.6標準偏差の有意水準で観測され、予想される5.1を超えており、5σレベルでのプロセスの確認がなされた。
• WWγのフィジカル断面積は5.9 ± 0.8（統計）± 0.8（システムティック）± 0.7（モデル化）fbであり、次-leading-order量子色力学の予測と整合的である。
• Hγ探索では有意な信号は観測されず、95%信頼水準での信号強度上限は1.45となった。
• この結果により、ヒッグス粒子の軽いクォークへの結合が制約され、以前のcharmクォークのユカワ結合の直接測定よりも感度が向上した。
• charmクォークのユカワ結合修正係数|κc|に対して、95%信頼水準の上限は1.1 < |κc| < 5.5となり、以前のCMS結果と整合的である。
• 本研究は、Hγチャネルが軽いクォークへのユカワ結合に感度を示すことを示し、グルーオン融合プロセスとは補完的なプローブを提供する。