[논문 리뷰] Constraints on Z 0 models from LHC dijet searches

Malcolm Fairbairn, John Heal외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 36인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC 런 I 및 II 동안 ATLAS와 CMS의 이제트 진동수 탐색을 종합하여 일반적인 Z′ 모델을 제약하는 데 초점을 맞추며, 쿼크와 암흑물질 간의 상호작용을 매개하는 Z′ 모델의 벤치마크 시나리오를 다룬다. 이는 이제트 데이터가 허용 가능한 매개변수 공간을 상당히 제한함을 보여주며, 주어진 Z′ 질량과 너비에 대해 타당한 암흑물질 질량을 좁혀낸다.

ABSTRACT

We analyse a combination of ATLAS and CMS searches for dijet resonances at run I and run II, presenting the results in a way that can be easily applied to a generic Z 0 model. As an illustrative example, we consider a simple model of a Z 0 coupling to quarks and dark matter. We first study a benchmark case with fixed couplings and then focus on the assumption that the Z 0 is responsible for setting the dark matter relic abundance. Dijet constraints place significant bounds on this scenario, allowing us to narrow down the allowed range of dark matter masses for given Z 0 mass and width.

연구 동기 및 목표

• LHC의 이제트 진동수 탐색을 통해 Z′ 모델에 대한 모델 독립적 제약를 도출하기 위해.
• 암흑물질 잔류 밀도 생성을 위한 Z′ 보손이 매개체로 작용할 수 있는지 조사하기 위해.
• 런 I 및 런 II의 이재트 데이터가 쿼크 및 암흑물질 결합을 갖는 Z′ 모델의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는지 평가하기 위해.
• 관측된 암흑물질 잔류 밀도와 일치하는 암흑물질 질량의 허용 범위를 식별하기 위해.

제안 방법

• LHC 런 I 및 II 동안 ATLAS 및 CMS의 이재트 진동수 탐색 결과를 통합한다.
• 일반적인 프레임워크를 적용하여 이재트 제약를 쿼크 및 암흑물질에 대한 Z′ 결합 상수로 변환한다.
• Z′이 암흑물질 잔류 밀도를 결정하는 데 기여하는 역할을 이론적 기반으로 삼아 매개변수 공간을 선택한다.
• 관측된 암흑물질 밀도와 일치하는 조건을 유지하면서, 이재트 진동수 탐색으로부터 Z′ 질량과 너비에 대한 제약를 도입한다.
• 잔류 밀도를 설정하는 데 Z′이 기여하는 경우를 고려하여, 고정된 결합 상수를 가진 벤치마크 분석을 수행한 후 일반화한다.
• 전역 피팅 방법을 사용하여 이재트 데이터와 암흑물질에 대한 천체물리적 제약를 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 이재트 진동수 탐색에서 Z′ 모델에 대한 가장 강력한 제약는 무엇인가?
• RQ2 이재트 데이터는 쿼크와 암흑물질에 결합하는 Z′의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 Z′이 잔류 밀도를 결정하는 데 기여할 경우, 어떤 범위의 암흑물질 질량이 타당한가?
• RQ4 런 I 및 런 II의 병합된 ATLAS 및 CMS 이재트 탐색 결과는 허용 가능한 Z′ 질량과 너비에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 쿼크 및 암흑물질에 고정된 결합 상수를 갖는 Z′ 모델은 이재트 데이터와 관측된 암흑물질 밀도 양쪽을 모두 만족시킬 수 있는가?

주요 결과

• LHC에서의 이재트 진동수 탐색은 쿼크 및 암흑물질에 결합하는 Z′ 모델에 대해 강력한 제약를 가진다.
• Z′이 암흑물질 잔류 밀도를 결정하는 데 기여하는 경우, 병합된 ATLAS 및 CMS 데이터는 Z′ 모델의 허용 매개변수 공간을 상당히 좁힌다.
• 주어진 Z′ 질량과 너비에 대해, 이재트 제약로 인해 허용 가능한 암흑물질 질량 범위가 상당히 감소한다.
• 분석 결과는 이재트 데이터가 Z′ 매개 암흑물질 시나리오를 제약하는 데 직접 탐색 및 충돌기 탐색과 경쟁 가능한 수준임을 보여준다.
• 고정된 결합 상수를 가진 벤치마크 케이스는 Z′ 질량과 너비가 이재트 제약와 잔류 밀도 제약를 동시에 만족시키기 위해 정밀하게 조정되어야 함을 시사한다.
• 결과는 특히 암흑물질을 포함하는 일반적인 Z′ 모델에 대해 이재트 제약를 적용하는 체계적인 프레임워크를 제공한다.