[논문 리뷰] Evidence for the production of three massive vector bosons with the ATLAS detector

M. Cristinziani|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS 검출기에서 수집한 79.8 fb⁻¹의 데이터를 바탕으로 √s = 13 TeV에서 양성자-양성자 충돌에서 세 개의 질량이 큰 벡터 보손(WWW 및 WVZ)의 동시 생성에 대한 최초의 증거를 제시한다. 관측된 신뢰도는 4.1σ로 표준모형 예측인 3.1σ를 초월하며, 측정된 단면적은 σ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²₁ pb 및 σ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pb로 표준모형 예측과 일치한다.

ABSTRACT

The search for the production of three massive vector bosons in proton$-$proton collisions, performed using data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in the years 2015$-$2017, corresponding to an integrated luminosity of $79.8$ fb$^{-1}$, is presented. Events with two same-sign leptons $\ell$ (electrons or muons) and at least two reconstructed jets are selected to search for $WWW o \ell ν\ell νqq$. Events with three leptons without any same-flavour opposite-sign lepton pairs are used to search for $WWW o \ell ν\ellν\ell ν$, while events with three leptons and at least one same-flavour opposite-sign lepton pair and one or more reconstructed jets are used to search for $WWZ o \ell νqq \ell \ell$. Finally, events with four leptons are analysed to search for $WWZ o \ell ν\ell ν\ell \ell$ and $WZZ o qq \ell \ell \ell \ell$. Evidence for the joint production of three massive vector bosons is observed with a significance of 4.1 standard deviations, where the expectation is 3.1 standard deviations.

연구 동기 및 목표

• √s = 13 TeV에서의 양성자-양성자 충돌에서 희귀 삼보손 생성 과정(WWW, WWZ, WZZ)을 탐색하기 위해.
• 희귀 벡터 보손 상호작용을 통해 표준모형의 비아벨 게이지 구조를 시험하기 위해.
• 삼보손 생성 비율의 편차를 통해 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 探색하기 위해.
• 고정밀도로 WWW 및 WWZ 생성의 포함 단면적을 측정하기 위해.

제안 방법

• ATLAS 검출기에서 수집한 √s = 13 TeV에서의 79.8 fb⁻¹의 pp 충돌 데이터를 사용하여 분석을 수행한다.
• WWW 및 WVZ 과정을 대상으로 하기 위해, 두 개, 세 개 또는 네 개의 렙톤(e, μ), 부족한 횡방향 운동량, 그리고 제트를 포함한 최종 상태 기반으로 이벤트를 선별한다.
• 다양한 붕괴 채널을 위한 신호 영역을 정의한다: ℓνℓνqq, ℓνℓνℓν, ℓνqqℓℓ, ℓνℓνℓℓ, 및 qqℓℓℓℓ.
• 열한 개의 신호 영역과 하나의 제어 영역을 통합하여, 분류기들을 기반으로 한 이산화 최대우도 추정을 사용하여 신호 강도를 추출한다.
• NLO QCD 정확도로 신호 및 배경 과정을 모델링하기 위해 Sherpa, Powheg-Box, 및 MadGraph5_aMC@NLO를 사용한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한다.
• 제트 다중도 재가중 및 전용 BDT(비진정 렙톤, 전하 오식별)를 적용하여 배경 모델링 및 렙톤 식별을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 세 개의 질량이 큰 벡터 보손(WWW 및 WVZ)의 동시 생성에 대한 증거가 있는가?
• RQ2 측정된 WWW 및 WWZ 과정의 생성 단면적이 표준모형 예측과 일치하는가?
• RQ3 배경만 존재하는 가정에 비해 관측된 신호의 신뢰도는 얼마인가?
• RQ4 실험적 및 이론적 불확실성은 신호 강도 측정에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 삼보손 생성 비율의 편차를 통해 데이터가 새로운 물리학의 존재를 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 세 개의 질량이 큰 벡터 보손(WVV) 동시 생성에 대한 통합 신뢰도는 4.1σ로 표준모형 예측인 3.1σ를 초월한다.
• WVV 생성의 측정된 신호 강도는 μ = 1.40⁺⁰.³⁹₋₀.³⁷이며, 통계적 불확실도는 ±0.25, 체계적 불확실도는 ±0.30이다.
• WWW 생성의 포함 단면적은 σ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²¹ pb로 측정되었다.
• WWZ 생성의 포함 단면적은 σ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pb로 측정되었으며, WZZ 기여는 표준모형 예측에 고정되었다.
• 가장 큰 체계적 불확실성은 WWW 채널에서의 데이터 기반 배경 평가, 스케일 변화, 실험적 영향에서 기인한다.
• WWW 생성의 관측된 신뢰도는 3.2σ(기대값 2.4σ), WVZ 생성의 관측된 신뢰도는 3.2σ(기대값 2.0σ)로, 표준모형 예측과 일치함을 확인한다.