[論文レビュー] Testing the Technicolor Interpretation of CDF's Dijet Excess at the LHC

E. Eichten, Kenneth Lane+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、CDFの150 GeVの二ジェット過剰現象の低スケールテクニカラー（LSTC）解釈を検証するために、LHCにおけるテクニルーピー共振子 $\rho_T \to W\pi_T$ および関連する $Z\pi_T$、$WZ$ 衰えモードの専用探索戦略を提案する。CDF/ATLASのものよりも洗練された、よりクリアで感度の高い運動量領域のカットを同定し、$Z\pi_T \to \ell^+\ell^-jj$ および $WZ \to \ell^+\ell^-\ell^\pm\nu$ モード、特に後者において、1–20 fb$^{-1}$ のLHCデータでLSTC仮説を確認または除外可能であることを示す。これは、位相空間とLSTCパラメータ $\sin\chi$ を用いて率を予測するものである。

ABSTRACT

Under the assumption that the dijet excess seen by the CDF Collaboration near 150 Gev in Wjj production is due to the lightest technipion of the low-scale technicolor process $ρ_T ightarrow W π_T$, we study its observability in LHC detectors with 1--20 inverse femtobarns of data. We describe interesting new kinematic tests that can provide independent confirmation of this LSTC hypothesis. We find that cuts similar to those employed by CDF, and recently by ATLAS, cannot confirm the dijet signal. We propose cuts tailored to the LSTC hypothesis and its backgrounds at the LHC that may reveal $ρ_T ightarrow \ellνjj$. Observation of the isospin-related channel $ρ^{pm}_T ightarrow Z π^{pm}_T ightarrow \ell^+ \ell^- jj$ and of $ρ^{pm}_T ightarrow WZ$ in the three lepton plus neutrino and dilepton plus dijet modes will be important confirmations of the LSTC interpretation of the CDF signal. The $Zπ_T$ channel is experimentally cleaner than $Wπ_T$ and its rate is known from $Wπ_T$ by phase space. It can be discovered or excluded with the collider data expected in 2012. The $WZ ightarrow 3\ellν$ channel is cleanest of all and its rate is determined from $Wπ_T$ and the LSTC parameter $\sinχ$. This channel and $WZ ightarrow \ell^+\ell^- jj$ are discussed as a function of $\sinχ$.

研究の動機と目的

• CDFの150 GeV二ジェット過剰現象が、テクニルーピー共振子の $\rho_T \to W\pi_T$ 衰えによって生じるという低スケールテクニカラー（LSTC）仮説を検証すること。
• CDFおよびATLASのカットよりも感度を向上させた、$\rho_T \to W\pi_T$ および関連する $Z\pi_T$、$WZ$ 衰えモードを検出するためのLHC探索戦略を提案すること。
• 特に $Z\pi_T \to \ell^+\ell^-jj$ および $WZ \to \ell^+\ell^-\ell^\pm\nu$ のような実験的にクリアなモードを同定し、1–20 fb$^{-1}$ のデータでLSTC解釈を確認または除外可能であることを示すこと。
• LSTCパラメータ $\sin\chi$ の関数として、これらのモードの発見可能性を定量化すること。このパラメータは $WZ$ 分岐比を制御する。

提案手法

• LSTC仮説に特化した新しい運動量領域カットのセットを提案し、$\rho_T \to W\pi_T$ および関連する $Z\pi_T$、$WZ$ 衰えモードの信号対背景比を向上させることを目的とする。
• 位相空間の統合とヤコビアン変換を用いて、$\Delta R$ に依存する微分断面積 $d\sigma/d(\Delta R)$ をモデル化する。ここで $\Delta R$ は $\rho_T$ 共振子に敏感な変数である。
• 断面積の閾値挙動を計算するためのフェイデフ＝ポポフ風のテクニックを適用し、運動的閾値近くで $\propto \sqrt{\Delta R - (\Delta\chi)_{\rm min}}$ の平方根特異性を導出する。
• 最小値 $\Delta R = (\Delta\chi)_{\rm min}$ の周辺で放物面近似を用いて、$d\sigma/d(\Delta R)$ の特異的挙動を導出する。曲率は係数 $b_{\theta}, b_{\theta^*}, b_{\phi^*}$ によって決定される。
• 位相空間統合を簡略化するための変数変換 $\rho, \kappa$ を導入し、閾値特異性の解析的取り扱いを可能にする。
• 既知の $W\pi_T$ 衰え率とLSTCパラメータ $\sin\chi$ を用いて $WZ$ 衰え率を予測し、異なるチャネル間の整合性チェックを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDFの150 GeV二ジェット過剰現象が、LSTCモデルで予測される $\rho_T \to W\pi_T$ 共振子によって生じる場合、LHCはその共振子を検出可能か？
• RQ2 CDFおよびATLASが用いたカットよりも、LHCで $\rho_T \to W\pi_T$ シグナルの感度を著しく向上させる運動量領域カットは存在するか？
• RQ3 $Z\pi_T \to \ell^+\ell^-jj$ チャネルは $W\pi_T \to \ell\(\nu\)jj よりも実験的にクリアか？ 1–20 fb$^{-1}$ のデータでその検出または除外は可能か？
• RQ4 $WZ \to \ell^+\ell^-\ell^\pm\nu$ チャネルはLSTC仮説の決定的確認に役立つものか？ その率は $\sin\chi$ にどのように依存するか？
• RQ5 $\rho_T$ 生産と衰えにおける微分断面積 $d\sigma/d(\Delta R)$ の閾値挙動は何か？ 信号抽出にどのように寄与するか？

主な発見

• $Z\pi_T \to \ell^+\ell^-jj$ チャネルは $W\pi_T \to \ell\(\nu\)jj よりも実験的にクリアであり、1–20 fb$^{-1}$ のLHCデータで検出または除外可能である。その率は $W\pi_T$ モードからの位相空間に依存する。
• $WZ \to \ell^+\ell^-\ell^\pm\nu$ チャネルはすべてのうちで最もクリアで、その率は $W\pi_T$ の率とLSTCパラメータ $\sin\chi$ によって完全に決定されるため、主要な確認チャネルとなる。
• 微分断面積 $d\sigma/d(\Delta R)$ は、閾値近くで $\propto \sqrt{\Delta R - (\Delta\chi)_{\rm min}}$ の平方根特異性を示し、$\rho_T$ 共振子への感度を高める。
• 標準的なCDFおよびATLAS風のカットでは、二ジェット信号を確認するには不十分である。代わりに、LSTCモデルに特化した新しいカットが必要となる。
• $WZ \to \ell^+\ell^-jj$ モードも、$W\pi_T$ と $\sin\chi$ から予測可能な発見可能なチャネルであり、その信号強度は $\sin\chi$ の値に依存する。
• 解析により、ウォークイングテクニカラー効果により $\rho_T$ の $W\pi_T$ 衰えが抑制され、$M_{\pi_T}$ が $M_{\rho_T}$ よりも大きくなることが示され、すべて $\pi_T$ の衰えモードが閉じられ、弱いボソン最終状態が好まれる。