[論文レビュー] Overview of the vector-like quark searches with the LHC data collected by the ATLAS detector

J. P. Araque|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCのRun 1およびRun 2のATLASデータを用いたベクトル励起クォーク（VLQ）探索の包括的概要を提示しており、8 TeVおよび13 TeVの中心系エネルギーにおけるペア生成および単一生成を焦点としている。Tクォークに関しては最大1.6 TeV、Yクォークに関しては最大1.44 TeVまでの質量遮断限界が観測され、Wq、Zq、Hqの崩壊チャネルに対する感受性を有し、標準模型を超える新しい物理に対する制約を顕著に強化している。

ABSTRACT

In 2012 the discovery of the Higgs boson by the ATLAS and CMS collaborations set a milestone in particle physics by finding the missing piece of the Standard Model. Nonetheless some questions are still open: the origin of the mass of the neutrino and finding the missing candidate for dark matter are some examples. One of the main issues with the Standard Model is the hierarchy problem which appears when trying to go to high energy scales at which the theory cannot accommodate corrections large enough to explain the observed nature. Vector-like quarks appear naturally in some non-supersymmetric models which try to find a solution for this issue. The different searches for vector-like quarks within the ATLAS Collaboration using data collected at a centre-of-mass energy of 8 and 13~TeV with integrated luminosities of $20.3 m{~fb^{-1}}$ (8~TeV) and $3.2 m{~fb^{-1}}$ and $14.7 m{~fb^{-1}}$ (13~TeV) are discussed.

研究の動機と目的

• 非超対称モデルにおける階層問題の解決策としてベクトル励起クォーク（VLQ）を探索すること。
• 高エネルギーLHC衝突におけるペア生成および単一生成メカニズムを通じてVLQを探査すること。
• W、Z、ヒッグスボソンがジェット、レプトン、および消失運動量に崩壊する最終状態を用いて、VLQの質量および結合定数を制約すること。
• 複数の崩壊チャネル（Wq、Zq、Hq）と最終状態トポロジー（レプトン+ジェット、マルチレプトン、同じ電荷のレプトン）に焦点を当てることで感受性を向上させること。
• 13 TeVの新データを用いてRun-1の結果を更新・拡張し、95%信頼水準での排除限界を改善すること。

提案手法

• レプトン、ジェット、および消失運動量を伴う最終状態において、信号とバックグラウンドを区別するために多次元解析手法を採用した。
• 感度を向上させるために、Wb+XおよびHt+X解析における直交する信号領域（例：ブースト型および解決型）を定義した。
• ジェットおよびbジェットの多重度、レプトンのフレーバー、電荷、および横運動量に基づくイベント選別基準を用いて、VLQ崩壊を特定した。
• 95%信頼水準における断面積×分岐比および混合角の上限を設定するための統計的手法を適用した。
• 単一レプトン、ゼロレプトン、同じ電荷のレプトンを含む複数の最終状態の結果を統合し、全体の感受性を向上させた。
• 発見可能性を高めるために、20.3 fb⁻¹（8 TeV）および最大14.7 fb⁻¹（13 TeV）の統合された放射線量を活用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeV LHCデータにおけるベクトル励起クォークの最も厳しい質量遮断限界は何か？
• RQ2 レプトン+ジェット、マルチレプトン、同じ電荷のレプトンなどの異なる最終状態は、さまざまなVLQ崩壊チャネルにおいてどのように感受性に寄与するか？
• RQ3 ゼロレプトンおよび同じ電荷のレプトン最終状態を単一レプトンチャンネルに加えることで、感受性はどの程度向上するか？
• RQ4 ベクトル励起クォークと第三世代クォークとの間の混合角|sinθ|に対する制約は何か？
• RQ5 高質量の重いベクトル励起クォークを探索する際、単一生成メカニズムはペア生成と比べてどの程度優れているか？

主な発見

• 13.2 fb⁻¹のデータを用いた13 TeVのHt+X解析では、BR(T→Ht) = 100%の場合、Tクォークの質量が最大1.6 TeVまで遮断された。
• Zt+Xの単一レプトン解析では、BR(T→Zt) = 100%の場合、Tクォークの質量が最大1.14 TeVまで遮断された。
• Wb+X解析では、BR(T→Wb) = 100%の場合、Tクォークの質量が最大1.1 TeVまで遮断された。
• 同じ電荷のレプトン（SS）解析では、BR = 100%の場合、Tクォーク、Bクォーク、Yクォークの質量がそれぞれ0.78 TeV、0.83 TeV、0.99 TeVまで遮断された。
• 13 TeVの3.2 fb⁻¹のデータを用いた単一生成解析では、Yクォークの質量が最大1.44 TeVまで遮断された。
• Tクォークシングレットの|sinθ|に対する上限は、質量およびチャネルに応じて、0.3から0.7の範囲に達した。