[論文レビュー] Search for resonant and nonresonant production of pairs of dijet resonances in proton-proton collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2392 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CMSが取得した138 fb⁻¹のデータを用いて、13 TeVの陽子-陽子衝突において、ダイジェット共鳴状態の共鳴的および非共鳴的対生成を探索する。高質量の中間状態を介した共鳴的4ジェット生成のLHCで最初の制限を設定し、ベンチマークモデルにおいて7.6 TeV未満のダイクォーク質量を除外した。また、R-奇性破れ超対称性におけるトップスキューブ対生成の制限を0.77 TeVまで拡張した。

ABSTRACT

A search for pairs of dijet resonances with the same mass is conducted in final states with at least four jets. Results are presented separately for the case where the four jet production proceeds via an intermediate resonant state and for nonresonant production. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ collected by the CMS detector in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ =13 TeV. Model-independent limits, at 95% confidence level, are reported on the production cross section of four-jet and dijet resonances. These first LHC limits on resonant pair production of dijet resonances via high mass intermediate states are applied to a signal model of diquarks that decay into pairs of vector-like quarks, excluding diquark masses below 7.6 TeV for a particular model scenario. There are two events in the tails of the distributions, each with a four-jet mass of 8 TeV and an average dijet mass of 2 TeV, resulting in local and global significances of 3.9 and 1.6 standard deviations, respectively, if interpreted as a signal. The nonresonant search excludes pair production of top squarks with masses between 0.50 TeV to 0.77 TeV, with the exception of a small interval between 0.52 and 0.58 TeV, for supersymmetric $R$-parity-violating decays to quark pairs, significantly extending previous limits. Here, the most significant excess above the predicted background occurs at an average dijet mass of 0.95 TeV, for which the local and global significances are 3.6 and 2.5 standard deviations, respectively.

研究の動機と目的

• 13 TeVの陽子-陽子衝突におけるダイジェット共鳴状態の共鳴的および非共鳴的対生成を探索すること。
• 95%信頼水準における4ジェットおよびダイジェット共鳴状態生成断面積のモデルに依存しない制限を設定すること。
• ベクトル励起クォークがクォーク-グルーオン対に崩壊するベンチマークダイクォークモデルにこれらの制限を適用すること。
• 特にトップスキューブ対生成がクォーク対に崩壊するR-奇性破れ超対称性における制限を拡張すること。
• 解像化されたジェット再構築を用いて、高質量の共鳴的および非共鳴的最終状態に対する感度を向上させること。

提案手法

• CMS検出器が収集した、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突データ138 fb⁻¹を用いる。
• 二段階探索戦略を適用する：高質量の中間状態Yを介した共鳴的生成と非共鳴的生成。
• R = 0.7のアンチ-kTアルゴリズムを用いたジェット再構築を行い、個々のジェットを解像化するための運動量選択を適用する。
• QCDマルチジェットシミュレーションとデータ駆動型技術を用いてバックグラウンド推定を行う。
• 仮説検定および信号断面積の上限計算にCLs法を用いる。
• 制御領域と系統的不確かさの評価（ジェットエネルギースケールおよび解像度を含む）を用いて分析を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高質量の中間状態を介したダイジェット共鳴状態対生成の共鳴的プロセスにおけるLHCで最初の制限は何か？
• RQ2 ベクトル励起クォークがクォーク-グルーオン対に崩壊する特定のシナリオにおいて、7.6 TeV未満のダイクォーク質量はCMS実験で除外可能か？
• RQ3 R-奇性破れ超対称性におけるトップスキューブ非共鳴的対生成の制限はどのように改善されたか？
• RQ4 標準模型バックグラウンドを超えて、4ジェットおよびダイジェット質量分布に観測された過剰はどの程度有意か？
• RQ5 この解析は、ダイジェット最終状態におけるトップスキューブ対生成の既存の制限をどの程度まで拡張したか？

主な発見

• 本探索は、高質量の中間状態を介したダイジェット共鳴状態の共鳴的対生成に関する、モデルに依存しない95%信頼水準の制限を初めて設定した。
• ベクトル励起クォークがクォーク-グルーオン対に崩壊する特定のシナリオにおいて、7.6 TeV未満のダイクォーク質量は除外された。
• 0.50 TeVから0.77 TeVの質量範囲で、トップスキューブの非共鳴的対生成は除外されたが、0.52から0.58 TeVの狭い窓を除いてはそうである。
• 8 TeVの4ジェット質量分布の尾部で2件のイベントが観測され、それぞれ局所的およびグローバルな有意水準は3.9および1.6標準偏差であった。
• 非共鳴的探索で最も顕著な過剰は、平均ダイジェット質量0.95 TeVの地点にあり、局所的およびグローバル有意水準はそれぞれ3.6および2.5標準偏差であった。
• 本解析は、特に高質量領域において、R-奇性破れ超対称性におけるトップスキューブ対生成の既存の制限を顕著に拡張した。