[論文レビュー] Search for resonances in the dijet mass spectrum from 7 TeV pp collisions at CMS

CMS Collaboration, V. Khachatryan+43 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 162

ひとこと要約

本論文では、LHCにおける7 TeV陽子-陽子衝突の1 fb⁻¹のデータを用いて、CMS検出器を用いて狭い二ジェット共鳴状態の探索が行われた。粒子フロー・ジェットを用いて再構成した広いジェットにより質量分解能を向上させた分析を通じて、共鳴状態生成の95%信頼水準における上限が設定され、ストリング共鳴状態は4.00 TeVまで、励起クォークは2.49 TeVまで新しい物理モデルが除外された。

ABSTRACT

A search for narrow resonances with a mass of at least 1 TeV in the dijet mass spectrum is performed using pp collisions at √ s = 7 TeV corresponding to an integrated luminosity of 1 fb −1, collected by the CMS experiment at the LHC. No resonances are observed. Upper limits at the 95 % confidence level are presented on the product of the resonance cross section, branching fraction into dijets, and acceptance, separately for decays into quark-quark, quark-gluon, and gluon-gluon pairs. The data exclude new particles predicted in the following models at the 95 % confidence level: string resonances with mass less than 4.00 TeV, E6 diquarks with mass less than 3.52 TeV, excited quarks with mass less than 2.49 TeV, axigluons and colorons with mass less than 2.47 TeV, and W ′ bosons with mass less than 1.51 TeV. Submitted to Physics Letters B ∗ See Appendix A for the list of collaboration members1 The Large Hadron Collider (LHC) has recently delivered an integrated luminosity in excess of 1 fb −1 at a centre-of-mass energy √ s = 7 TeV. This extends considerably the search territory for

研究の動機と目的

• LHCにおける7 TeV pp衝突からの二ジェット質量スペクトルにおける狭い共鳴状態の探索を目的とする。
• 1 TeVを超える質量を持つ共鳴状態を予測する新しい物理モデルの除外限界を設定することを目的とする。
• 最終状態放射を回復させ、質量分解能を向上させる広いジェットを用いることで感度を向上させることを目的とする。
• ストリング共鳴状態、励起クォーク、軸ジュゴン、ランサム＝サンドルムの重力子といった特定のモデルをテストすることを目的とする。
• クォーク-クォーク、クォーク-膠子、および膠子-膠子崩壊の断面積×分岐比×効率の95%信頼水準における上限を提供することを目的とする。

提案手法

• R = 0.5（AK5）およびR = 0.7（AK7）のアンチ-kTアルゴリズムを用いて、粒子フロー・ジェットを再構成し、広いジェットを形成した。
• pT > 10 GeV かつ ∆R < 1.1 を満たすAK5ジェットを、2つの主要なAK5ジェットに結合して広いジェットを形成し、エネルギー収集を向上させた。
• 選別基準として、2つの主要ジェットの|η| < 2.5および|∆η| < 1.3を適用し、等方的崩壊に対する感度を最大化した。
• 二ジェット質量 m = √[(E₁ + E₂)² − (⃗p₁ + ⃗p₂)²] を用い、信号選別には m > 838 GeV を使用した。
• モンテカルロシミュレーション、テストビームデータ、衝突データを用いて、検出器応答を補正するためのジェットエネルギー補正を実施した。
• カリブレーション済みのコアラメータジェットを用いて結果を検証し、二ジェット質量スペクトルにおいて一貫性があることを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 95%信頼水準における狭い二ジェット共鳴状態の生成断面積×分岐比×効率の上限は何か？
• RQ2 1 fb⁻¹の7 TeV pp衝突データから、CMSはどの質量スケールまでストリング共鳴状態を除外できるか？
• RQ3 標準的なジェット再構成と比較して、広いジェット再構成はどのように共鳴状態の二ジェット状態に対する感度を向上させるか？
• RQ4 励起クォーク、軸ジュゴン、カラーフォン、およびW′ボソンの二ジェット最終状態における除外限界は何か？
• RQ5 観測された二ジェット質量スペクトルはQCD予測とどの程度一致するか？また、どのようなずれが新しい物理を示唆するか？

主な発見

• 二ジェット質量スペクトルには有意な共鳴状態は観測されず、標準模型の予測と整合的であった。
• データは4.00 TeV未満のストリング共鳴状態を95%信頼水準で除外した。
• 共鳴状態質量とコンポジットスケールが等しいと仮定した場合、励起クォークは2.49 TeVまで除外された。
• 軸ジュゴンとカラーフォンは2.47 TeVまで、W′ボソンは1.51 TeVまで除外された。
• E6二クォークは3.52 TeV未満で除外され、κ/MPl = 0.1 のランサム＝サンドルムの重力子は3.0 TeV未満で除外された。
• 838 GeV以上の二ジェット質量に対して、トリガー効率は99.9%を超えており、高質量共鳴状態に対する高い感度が確保された。