[論文レビュー] Six-lepton Z' resonance at the LHC

V. Barger, Paul Langacker+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるZ'共鳴状態がヒッグスボソンとZボソンに崩壊する（Z' → ZH）ことを想定し、H → ZZ → 4レプトンおよびZ → 2レプトンに続く、特徴的な6レプトン最終状態を探索する手法を提案する。この信号はほぼバックグラウンドフリーであり、Z'がレプトンに直接結合しなくても、ヒッグスおよびZ'の質量と幅を独立して再構築可能である。

ABSTRACT

New physics models admit the interesting possibility of a Z' weak boson associated with an extra U(1) gauge symmetry and a Higgs boson that is heavy enough to decay into a pair of Z bosons. Then Z' production and decay via Z' -> ZH -> ZZZ has a distinctive LHC signal that is nearly background free and reconstructs the H and Z' masses and widths. The Z' decay to 3 pairs of leptons is especially distinctive. The ZH decay mode exists even if the Z' is decoupled from leptons, which motivates an independent 6-lepton resonance search regardless of the dilepton search results.

研究の動機と目的

• LHCにおける6レプトン最終状態としてのZ'共鳴状態を、拡張されたU(1)ゲージ対称性の印であるものとして同定すること。
• Z'がレプトンに直接結合しない場合でも、Z' → ZH崩壊モードを探索し、二重レプトン探索に依存しない信号の可視性を保証すること。
• 6レプトン最終状態を通じてヒッグスおよびZ'の質量と幅を正確に再構築すること。
• 標準模型を超える新しい物理を発見するためのバックグラウンドフリーな信号チャネルを提供すること。

提案手法

• Z'ボソンを、ヒッグスポータルを介して標準模型に結合する追加のU(1)ゲージ対称性に由来する重いゲージボソンとしてモデル化する。
• Z' → ZH に続く崩壊チェーン（H → ZZ → 4レプトンおよびZ → 2レプトン）を分析し、6レプトン最終状態を生成する。
• 6レプトン最終状態の運動学的再構築を用いて、ヒッグスおよびZ'ボソンの質量と幅を抽出する。
• Z' → ZH → ZZZ崩壊チェーンが6レプトンチャンネルで支配的であることを評価し、信号のバックグラウンド抑制度を評価する。
• Z'がレプトンに直接結合しない場合でも、ZH崩壊モードに依存することで信号の頑健性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Z'がレプトンに直接結合しなくても、6レプトン最終状態からのZ'共鳴状態の検出は可能か？
• RQ2 LHCにおけるZ' → ZH → ZZZ → 6レプトン崩壊チェーンにおけるバックグラウンド抑制度はどの程度か？
• RQ3 ヒッグスおよびZ'の質量と幅は、6レプトン最終状態からどの程度再構築可能か？
• RQ4 Z' → ZH崩壊モードは、二重レプトン共鳴状態探索に依存しない発見チャネルをどのように実現するか？

主な発見

• Z' → ZH → ZZZ からの6レプトン最終状態はほぼバックグラウンドフリーであり、発見可能性が著しく向上する。
• ヒッグスおよびZ'の質量と幅は、6レプトン最終状態の運動学的構造から独立して再構築可能である。
• Z'がレプトンから分離されても、信号は観測可能であり、Z'のZ' → ZH崩壊モードに完全に依存する。
• ZH崩壊チャネルは、LHCにおけるZ'共鳴状態のモデルに依存しない強固な発見チャネルを提供する。