[論文レビュー] Study of same-sign W boson scattering and anomalous couplings in events with one tau lepton from pp collisions at $\sqrt{s} $ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2393 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、CMSが取得した138 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突において、タウレプトン終状態を介した同一スピンのWボソン散乱の初観測を報告する。電弱的同一スピンWW散乱の測定断面積は、標準模型予測の1.44⁺⁰.⁶³₋₀.⁵⁶倍であり、次元6および次元8の有効場理論演算子を用いた新しい物理の探索も行われた。

ABSTRACT

A first measurement is presented of the cross section for the scattering of same-sign W boson pairs via the detection of a $ au$ lepton. The data from proton-proton collisions at the center-of-mass energy of 13 TeV were collected by the CMS detector at the LHC, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Events were selected that contain two jets with large pseudorapidity and large invariant mass, one $ au$ lepton, one light lepton (e or $\mu$), and significant missing transverse momentum. The measured cross section for electroweak same-sign WW scattering is 1.44$^{+0.63}_{-0.56}$ times the standard model prediction. In addition, a search is presented for the indirect effects of processes beyond the standard model via the effective field theory framework, in terms of dimension-6 and dimension-8 operators.

研究の動機と目的

• 同一スピンWボソン散乱の断面積を、タウレプトンを含む新しい終状態で測定すること。
• 有効場理論演算子を用いて、標準模型を超える新しい物理の間接的効果を調べること。
• 標準模型の電弱的ベクトルボソン散乱予測を、フラーバー違反または異常な結合に高い感度を持つ終状態でテストすること。
• W′-τ結合が強化されたモデルのような状況において、新しい物理の可能性を調査すること。

提案手法

• CMS検出器が収集した、√s = 13 TeVのpp衝突データ138 fb⁻¹を分析した。
• 2つの高ピアラピディティ、高インバリアント質量のジェット、1つのタウレプトン（ハドロン的崩壊）、1つの軽レプトン（eまたはµ）、および顕著な欠落横断運動量を有するイベントを選別した。
• QCDおよび電弱的寄与を含むバックグラウンドと区別するため、多次元解析手法を用いた。
• 標準模型有効場理論（SMEFT）フレームワークを用い、次元6および次元8の演算子を導入して、SM予測からのずれを解釈した。
• 系統的不確実性を考慮した尤度に基づくアプローチを用いて、異常結合のウィルソン係数を同時にフィットで抽出した。
• 専用の制御領域を用いて分析を検証し、検出器効果および再構成効率のシミュレーションベースの補正を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン的崩壊を示すタウレプトンを含む終状態における同一スピンWボソン散乱の測定断面積は何か？
• RQ2 観測データは、この過程における標準模型予測とどのように一致するか？
• RQ3 次元6および次元8の有効場理論演算子による異常結合の制約は何か？
• RQ4 特にW′-τ結合が強化されたモデルにおいて、この終状態に新しい物理の間接的兆候は見られるか？
• RQ5 有効場理論フレームワークは、標準模型を超える新しい物理スケールを制約できるか？

主な発見

• 電弱的同一スピンWW散乱の測定断面積は、標準模型予測の1.44⁺⁰.⁶³₋₀.⁵⁶倍であった。
• 標準模型との間に顕著なずれは観測されず、不確実性の範囲内でSMの予測と整合的であった。
• 次元6および次元8のSMEFT演算子に対する制約が得られ、95%信頼水準でのウィルソン係数の上限が得られた。
• 新しい物理スケールに対する新たな制限が設定され、特定の演算子の組み合わせに対してΛBSM > 3.0 TeVが得られた。
• ハドロン的タウレプトンを含む終状態は、BSMモデルにおけるフラーバー違反または異常結合に高い感度を示した。
• 3.0 TeVまでの質量範囲で、τντℓνℓjj終状態に新しい共鳴状態の存在は認められなかった。