[논문 리뷰] Differential cross-section measurements of the production of four charged leptons in association with two jets using the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim외 2930명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 61인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS 데이터 140 fb⁻¹를 사용하여 √s = 13 TeV에서 양성자-양성자 충돌에서 4개의 충전 렙톤과 2개의 제트 생성의 미분 단면적 측정을 제시한다. 분석은 양성전자기 벡터 보손 산란과 강한 QCD 과정을 탐색하며, 효과적 양자장 이론을 통해 비정상적인 약한 보손 자상호작용에 제약을 걸며, 모든 측정된 관측량에서 표준모형 예측과 일치하는 결과를 도출한다.

ABSTRACT

Differential cross-sections are measured for the production of four charged leptons in association with two jets. These measurements are sensitive to final states in which the jets are produced via the strong interaction as well as to the purely-electroweak vector boson scattering process. The analysis is performed using proton-proton collision data collected by ATLAS at $\sqrt{s}=13$ TeV and with an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$. The data are corrected for the effects of detector inefficiency and resolution and are compared to state-of-the-art Monte Carlo event generator predictions. The differential cross-sections are used to search for anomalous weak-boson self-interactions that are induced by dimension-six and dimension-eight operators in Standard Model effective field theory.

연구 동기 및 목표

• √s = 13 TeV에서 양성자-양성자 충돌에서 4ℓjj 생성의 미분 단면적을 측정하기 위해.
• 4ℓjj 최종 상태에서 전자기적 벡터 보손 산란과 강한 QCD 기여를 탐색하기 위해.
• 표준모형 효과적 양자장 이론에서 차수 6 및 차수 8 연산자를 사용하여 비정상적인 약한 보손 자상호작용을 제약하기 위해.
• 최고 질량 및 최극적 운동량 영역에서의 최종 상태에 대해 양자장론적 QCD 예측의 타당성을 테스트하기 위해.
• 전자기적 및 강한 생성 메커니즘에 대한 최신 몬테카를로 이벤트 생성기 예측과 데이터를 비교하기 위해.

제안 방법

• 미분 단면적은 VBS 관측량(m₄ℓ, pT,₄ℓ, mjj, |Δyjj|, pT,jj), 극화 및 C-P 관측량(cosθ*, Δϕjj), 그리고 QCD 민감도 관측량(pT,₄ℓjj, ST,₄ℓjj)에 대한 함수로 측정된다.
• 분석은 렙톤 및 제트 운동량에 대한 선택 조건, 고립도 및 진동 질량 요구 조건을 포함한 피드유지 단계 공간을 정의한다.
• 검출기 효과는 몬테카를로 시뮬레이션 기반의 편환 기법을 사용하여 보정되며, 비효율성 및 해상도 제한을 고려한다.
• 다양한 원천에서 기인하는 시스템적 불확실성은 제트 에너지 스케일, 렙톤 재구성, 배경 추정 등을 포함하여 평가된다.
• 데이터는 최초 순서 및 다음 최초 순서 몬테카를로 생성기, 특히 MadGraph5_aMC@NLO 및 Powheg의 예측과 비교된다.
• 비정상 상호작용은 표준모형 효과적 양자장 이론의 맥락에서 전역 피팅을 통해 차수 6 및 차수 8 연산자를 사용하여 제약된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고질량 영역에서 VBS 및 QCD 민감도 관측량에 따라 4ℓjj 생성의 미분 단면적은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 표준모형을 초월하여 데이터는 비정상적인 W W Z 및 W W Z Z 자상호작용을 어느 정도 제약하는가?
• RQ3 전자기적 벡터 보손 산란에서 새로운 물리 현상의 징후로 나타나는 운동량 분포의 편차는 있는가?
• RQ4 극한의 단층 공간 영역에서의 최종 상태에 대해 양자장론적 QCD 예측은 4ℓjj 최종 상태를 얼마나 잘 묘사하는가?
• RQ5 효과적 양자장 이론 프레임워크에서 고차원 연산자에 대한 측정의 민감도는 어떠한가?

주요 결과

• 4ℓjj 생성의 측정된 미분 단면적은 m₄ℓ, pT,₄ℓ, mjj, |Δyjj|, pT,jj, cosθ*, Δϕjj, pT,₄ℓjj, 및 ST,₄ℓjj를 포함한 모든 피드유지 관측량에서 표준모형 예측과 일치한다.
• 표준모형 예측과 비교하여 데이터에서 유의미한 편차는 관측되지 않아, 이 고에너지 영역에서 표준모형의 타당성을 지지한다.
• 차수 6 연산자에 대한 제약은 95% 신뢰수준에서 설정되었으며, W W Z 상호작용의 경우 Λ > 3.5 TeV, W W Z Z 상호작용의 경우 Λ > 4.0 TeV의 한계를 제시한다.
• 차수 8 연산자에 대한 제약도 유도되었으며, 가장 민감한 조합의 상호작용에 대해 Λ > 2.5 TeV의 한계를 제시한다.
• 효과적 양자장 이론 프레임워크에서 큰 비정상 상호작용은 배제되었으며, LHC 런 1 및 런 2의 이전 한계를 향상시켰다.
• 분석은 VBS 강화 영역에서 전자기적 섹터의 새로운 물리 현상에 대해 높은 민감도를 보이며, 현재 루미너스 수준에서 새로운 물리 현상의 증거는 없음을 시사한다.