[論文レビュー] Search for extra-dimensions, top-antitop resonances, 4th generation and leptoquark signatures at the LHC

M. Marionneau|arXiv (Cornell University)|May 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ATLASおよびCMS共同調査による√s = 7および8 TeVの陽子-陽子衝突データを用いて、標準模型を超える物理学の包括的探索を実施する。大次元の追加、トップ反トップ共鳴状態、第4世代クォーク、およびレプトクォークの署名を調査し、新しい物理学の証拠は得られず、$M_D$、$M_S$、$Λ$、およびレプトクォーク質量などの主要なモデルパラメータについて95%信頼水準で厳密な下限が設定された。

ABSTRACT

The searches for extra-dimensions, top resonances, 4th generation quarks and leptoquark signatures are presented. The results are based on proton-proton collision data for a center-of mass energy of7 or 8 TeV, corresponding to various integrated luminosities. No signal of physics beyond the Standard Model has been observed so far.

研究の動機と目的

• LHCにおける陽子-陽子衝突での重力子およびブラックホール生成を通じて、大規模な追加次元の証拠を探索すること。
• 標準模型の拡張としてのトップ反トップ共鳴状態および第4世代クォークの存在を調べること。
• グランドユニフィケーション理論におけるクォークとレプトンの間の可能性のある接続としてのレプトクォーク署名を調査すること。
• 二レプトンおよびモノジェット最終状態を用いて、接触相互作用および有効場理論スケールに関するモデルに依存しない制限を設定すること。
• モノジェットおよびモノフォトン探索の結果を、ダークマター（WIMP）散乱断面積および有効結合定数の観点から解釈すること。

提案手法

• 2011年（√s = 7 TeV）および2012年（√s = 8 TeV）の陽子-陽子衝突データを用い、統合された放射能まで20 fb⁻¹に達する。
• 高エネルギーの欠落横断運動量（E_T）、高pTジェット、および分離されたレプトンを焦点にしたイベント選別基準を適用し、新しい物理学の署名を特定した。
• 信号とQCD背景を区別するための主要な運動量変数として、横断的エネルギーのスカラー和（H_T）および全横断運動量（S_T）を用いた。
• 統計的手法を用いて、$M_D$、$M_S$、$Λ$、およびレプトクォーク質量などのモデルパラメータの95%信頼水準（C.L.）における下限を設定した。
• 複数の最終状態（ジェット + E_T、二レプトン、半レプトン的崩壊、二レプトン的崩壊）を対象とし、異なる理論的モデルにおいて探索を実施した。
• 有効場理論演算子、特に接触相互作用およびWIMP-核子散乱断面積の観点から、結果を解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な追加次元の基本スケール（$M_D$）およびADDモデルにおけるスケール$M_S$の下限は何か？
• RQ2 LHCにおける高エネルギーの陽子-陽子衝突で、微小ブラックホールの証拠を観測できるか？
• RQ3 第4世代クォーク状態、特にベクトル型のトップパートナーや励起されたダウンクォークの制限は何か？
• RQ4 異なる分岐比（$\beta$）および世代におけるレプトクォーク質量の最も厳しい制限は何か？
• RQ5 モノジェットおよびモノフォトン探索は、有効結合スケール（$M_*$）およびWIMP-核子散乱断面積をどのように制限するか？

主な発見

• ADDモデルにおいて、$M_D$は95% C.L.で、ジェット + E_T最終状態データに基づき、δ=2では2.58 TeV未満、δ=6では2.88 TeV未満に除外された。
• $M_S$（$M_D$に関連する）の下限は、δ ∈ [2,7] の範囲で、二レプトン最終状態から導出されたところ、約3.5から4.5 TeVの間であった。
• 微小ブラックホールの証拠は観測されなかった。複数の理論的モデルにおいてブラックホール質量の下限が設定され、一部のベンチマークでは$M_{BH}$が約3.5 TeV未満に除外された。
• 第4世代クォークの探索では信号は観測されなかった：5/3e電荷を持つ第4世代のアップクォークは700 GeV未満に、ベクトル型のアップクォークは単重項で640 GeV未満、二重項で730 GeV未満に除外された。
• 励起されたダウンクォーク（b*）は、左巻き結合が1の場合、870 GeV未満に95% C.L.で除外された。
• スカラー型レプトクォーク質量の最も厳しい制限は、第1世代で830 GeV（β=1）、第2世代で640 GeV（β=0.5）、第3世代で538 GeV（β=1）であり、どのチャンネルでも信号は観測されなかった。