[論文レビュー] Search for new heavy resonances decaying to WW, WZ, ZZ, WH, or ZH boson pairs in the all-jets final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2391 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、CMS検出器を用いて2016年から2018年までに取得された√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突データ138 fb⁻¹を用い、WW、WZ、ZZ、WH、またはZHボソン対に崩壊する新しい重い共鳴状態を、すべてのジェット最終状態で探索した。大径（R = 0.8）ジェット内のブーストされたベクトルボソンを識別するために機械学習を用いたが、有意な過剰は観測されなかった。95%信頼水準において、スピン-1のZ′およびW′共鳴状態は4.8 TeV未満、スピン-2の重力子およびスピン-0のラディオンはそれぞれ1.4 TeVおよび2.7 TeV未満で、これまでで最も厳しい制限が得られた。

ABSTRACT

A search for new heavy resonances decaying to WW, WZ, ZZ, WH, or ZH boson pairs in the all-jets final state is presented. The analysis is based on proton-proton collision data recorded by the CMS detector in 2016-2018 at a centre-of-mass energy of 13 TeV at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The search is sensitive to resonances with masses above 1.3 TeV, decaying to bosons that are highly Lorentz-boosted such that each of the bosons forms a single large-radius jet. Machine learning techniques are employed to identify such jets. No significant excess over the estimated standard model background is observed. A maximum local significance of 3.6 standard deviations, corresponding to a global significance of 2.3 standard deviations, is observed at masses of 2.1 and 2.9 TeV. In a heavy vector triplet model, spin-1 Z' and W' resonances with masses below 4.8 TeV are excluded at the 95% confidence level (CL). These limits are the most stringent to date. In a bulk graviton model, spin-2 gravitons and spin-0 radions with masses below 1.4 and 2.7 TeV, respectively, are excluded at 95% CL. Production of heavy resonances through vector boson fusion is constrained with upper cross section limits at 95% CL as low as 0.1 fb.

研究の動機と目的

• 13 TeVの陽子-陽子衝突におけるすべてのジェット最終状態で、W、Z、ヒッグスボソン対に崩壊する新しい重い共鳴状態を探索すること。
• 機械学習を用いたジェット内部構造タギングにより、Drell–Yan、グルーオン融合、およびベクトルボソン融合経由で生成される共鳴状態の感度を向上させること。
• 重いベクトルトリプレット、バルク重力子、ラディオンモデルなどの新しい物理学モデルに対する、これまでで最も厳しい制限を設定すること。
• 特にベクトルボソン融合チャネルにおける新しい共鳴状態の生成断面積を、95%信頼水準で0.1 fbまで制限すること。

提案手法

• 2016年から2018年までの間、√s = 13 TeVでCMS検出器が収集した138 fb⁻¹の陽子-陽子衝突データを用いる。
• ブーストされたW、Z、ヒッグスボソンから発する大径（R = 0.8）ジェットを識別するために、機械学習に基づくジェット内部構造タギングを適用する。
• 2つの大径ジェット系のインバリアント質量および個々のジェット質量の3次元最大尤度フィットを実行し、信号とバックグラウンドを分離する。
• ベクトルボソン融合生成共鳴状態の感度を高めるために、追加の小径（R = 0.4）ジェットの有無に基づいてイベントをカテゴリ化する。
• 粒子フロー再構成および個々の粒子の積層影響特定技術を用いた、高度なジェットエネルギーおよび積層影響低減手法を採用する。
• LHCデータに合わせて補正されたジェットエネルギースケールおよびパートン分布関数を用いた、シミュレートされた信号およびバックグラウンドサンプルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべてのジェットチャンネルにおけるVVまたはVH最終状態に崩壊する新しいスピン-1のZ′およびW′共鳴状態に対する、最も厳しい制限は何か？
• RQ2 観測された制限は、ねじれた余剰次元におけるバルク重力子およびラディオンモデルをどの程度制限するか？
• RQ3 機械学習に基づくジェット内部構造タギングは、高質量共鳴状態におけるブーストされたベクトルボソンの感度をどの程度向上させるか？
• RQ4 95%信頼水準におけるベクトルボソン融合経由での新しい共鳴状態の生成断面積の上限は何か？
• RQ5 質量探索範囲およびバックグラウンド抑制の観点から、本結果は過去の探索と比べてどのように異なるか？

主な発見

• 標準模型バックグラウンドを超える有意な過剰は観測されず、最大の局所的有意水準は2.1 TeVおよび2.9 TeVで3.6σであった。
• 2.1 TeVおよび2.9 TeVでグローバル有意水準2.3σが観測され、これらの質量で新しい物理学の証拠は得られなかった。
• 重いベクトルトリプレットモデルにおいて、スピン-1のZ′およびW′共鳴状態は95%信頼水準で4.8 TeV未満で除外された。
• バルク重力子モデルにおいて、スピン-2の重力子およびスピン-0のラディオンは、それぞれ95%信頼水準で1.4 TeVおよび2.7 TeV未満で除外された。
• ベクトルボソン融合経由での新しい共鳴状態の生成断面積の上限は、95%信頼水準で0.1 fbまで設定された。
• 本分析は、すべてのジェットチャンネルにおけるスピン-1共鳴状態がVVおよびVH最終状態に崩壊する場合に、これまでで最も厳しい制限を達成した。