[論文レビュー] Same sign di-lepton candles of the composite gluons

Aleksandr Azatov, Debtosh Chowdhury+2 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、幅広い幅を持つ複合グルーオンの間接的制約を、複合ヒッグス模型におけるトップパートナーペア生成からの同一符号の二レプトン最終状態を用いて提案している。伝統的な共鳴探索では、幅が大きいため失敗するが、高インテンシティLHCでは、既存のトップパートナ探索データと予測を用いて、約6 TeVまでの複合グルーオン質量を探索可能である。

ABSTRACT

Composite Higgs models, where the Higgs boson is identified with the pseudo-Nambu-Goldstone-Boson (pNGB) of a strong sector, typically have light composite fermions (top partners) to account for a light Higgs. This type of models generically also predicts the existence of heavy vector fields (composite gluons) which appear as an octet of QCD. These composite gluons generically become very broad resonances once phase-space allows them to decay into two composite fermions. This makes their traditional experimental searches, which are designed to look for narrow resonances, quite ineffective. In this paper we, as an alternative, propose to utilize the impact of composite gluons on the production of top partners to constrain their parameter space. We place constraints on the parameters of the composite resonances using the 8 TeV LHC data and also assess the reach of the 14 TeV LHC. We find that the high luminosity LHC will be able to probe composite gluon masses up to $\sim 6$ TeV, even in the broad resonance regime.

研究の動機と目的

• 幅広い複合グルーオンの検出に課題を提起する。これは、伝統的な共鳴探索では幅が大きすぎるため、複合ヒッグス模型において困難である。
• 8 TeV LHCからの既存の同一符号二レプトントップパートナ探索データを活用し、幅広い複合グルーオンのパラメータ空間を制約する。
• 14 TeV LHCの複合グルーオンに対する感度を予測し、特にトップパートナに大きな幅をもって崩壊する場合でも有効であることを示す。
• 直接探索が失敗する幅広い共鳴状態においても、トップパートナ生成による間接的制約が実用的で強力であることを示す。

提案手法

• 強い結合系としてのトップパートナと複合グルーオンを含む、SO(5)/SO(4)の共役構造に基づく簡略化モデルを採用する。
• 幅広い共鳴としての複合グルーオンを、質量と同程度の幅を持つものとしてモデル化し、狭い幅近似を避ける非摂動的取り扱いを用いる。
• ATLASおよびCMSの同一符号二レプトントップパートナ探索結果を再解釈し、イベント選別基準と運動量カットを適用して、複合グルーオンの結合定数と質量を制約する。
• 信号イベントの生成と検出器効果のシミュレーションに、MadGraph5_aMC@NLOとPythia8を用いたモンテカルロシミュレーションを実施する。
• 複合グルーオンはトップパートナと強さ ~g* の結合で相互作用し、位相空間と結合定数から得られる崩壊幅により、幅広い共鳴を形成する。
• 高インテンシティと最適化された解析戦略を仮定し、信号およびバックグラウンド推定のスケーリングにより、14 TeV LHCの到達域を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 伝統的な共鳴探索が幅が大きいため失敗する状況において、同一符号二レプトン最終状態を用いて幅広い複合グルーオンを制約できるか？
• RQ2 トップパートナペア生成による間接的制約を用いた場合、14 TeV LHCが幅広い複合グルーオンに対してどの程度の有効質量到達域を達成できるか？
• RQ3 複合グルーオンの結合定数と崩壊幅が、同一符号二レプトン探索の感度にどのように影響するか？
• RQ4 既存の8 TeV LHCデータが、複合ヒッグス模型における幅広い複合グルーオンのパラメータ空間をどの程度制約できるか？
• RQ5 幅広い共鳴状態において、トップパートナ生成による間接的制約が直接探索の到達域を上回る可能性はあるか？

主な発見

• 高インテンシティLHCでは、共鳴が幅広く、伝統的な共鳴探索から切り離されても、約6 TeVまでの複合グルーオン質量を探索可能である。
• 既存の8 TeV LHCの同一符号二レプトントップパートナ探索データは、すでに複合グルーオンのパrameterに意味のある間接的制約を提供している。
• 複合グルーオンの幅が質量と同程度であっても、この手法は有効であり、狭い幅近似の制限を克服できる。
• 分析により、幅広い複合グルーオンの存在が、トップパートナペア生成断面積に顕著な変化をもたらすことが示された。これにより、間接検出が可能となる。
• 14 TeVでの到達域は8 TeVよりも顕著に向上し、高インテンシティと信号率の増加により、高質量領域まで感度が及ぶ。
• 本研究は、直接共鳴探索に代わる代替手段として、トップパートナ生成による間接探索が幅広い複合共鳴状態を探索する上で実用的で強力であることを示した。