[논문 리뷰] Measurement of the inclusive WZ production cross section in pp collisions at $ \sqrt{ extrm{s}} $ = 13.6 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen외 2395명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 2022년에 CMS 실험에서 확보한 34.7 fb⁻¹의 데이터를 사용하여 √s = 13.6 TeV에서의 프로톤-프로톤 충돌에서의 포함 WZ 생성 단면적을 측정한다. 네 가지 렙톤 품종 카테고리(eee, eeμ, μμe, μμμ)에 대한 동시에 수행되는 최대우도 적합을 통해 단면적이 σ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2 (통계) ± 1.2 (계측) ± 0.8 (광도) ± 0.3 (이론) pb로 측정되었으며, 이는 표준모형 예측과 뛰어난 일치를 보인다.

ABSTRACT

The inclusive WZ production cross section is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, using data collected during 2022 with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb$^{-1}$. The measurement uses multileptonic final states and a simultaneous likelihood fit to the number of events in four different lepton flavour categories: eee, ee$μ$, $μμ$e, and $μμμ$. The selection is optimized to minimize the number of background events, and relies on an efficient prompt lepton discrimination strategy. The WZ production cross section is measured in a phase space defined within a 30 GeV window around the Z boson mass, as $σ_{ ext{total}}$(pp $ o$ WZ) = 55.2 $\pm$ 1.2 (stat) $\pm$ 1.2 (syst) $\pm$ 0.8 (lumi) $\pm$ 0.3 (theo) pb. In addition, the cross section is measured in a fiducial phase space closer to the detector-level requirements. All the measurements presented in this paper are in agreement with standard model predictions.

연구 동기 및 목표

• 다양한 렙톤 종류로 이루어진 최종 상태를 사용하여 √s = 13.6 TeV에서의 프로톤-프로톤 충돌에서의 포함 WZ 생성 단면적을 측정하는 것.
• Z 보손 질량 근처의 위상공간에서 단면적 측정을 통해 표준모형 예측의 타당성을 검증하는 것.
• 정밀한 단면적 측정을 통해 비정상적인 삼중가역장 상호작용 상수(TGCs)에 대한 민감도를 평가하는 것.
• 고순도의 다중렙톤 최종 상태를 사용하여 LHC의 런 3에서의 검출기 및 분석 성능을 검증하는 것.
• 검출기 수준의 재구성 요구사항에 더 가까운 위상공간에서의 피드유얼 단면적 측정을 제공하는 것.

제안 방법

• 분석은 네 가지 렙톤 품종 카테고리(eee, eeμ, μμe, μμμ)에서의 사건 수에 대한 동시에 수행되는 최대우도 적합을 사용한다.
• 배경 기여를 최소화하기 위해 최적화된 기준을 사용하여 렙톤을 재구성한 사건을 선별한다.
• 즉각적인 렙톤 식별 기법을 적용하여 비즉각적 및 잘못 식별된 렙톤을 억제한다.
• 통계적, 계측적, 광도 및 이론적 불확실성을 고려한 최대우도 적합을 통해 신호 추출을 수행한다.
• 신호 및 배경 샘플은 QCD에서의 NLO 수준에서 POWHEG와 MADGRAPH5 aMC@NLO를 사용하여 생성하였으며, 파arton 샤워링 및 하드론화를 위해 PYTHIA 8을 통합하였다.
• 검출기 응답 및 재구성은 충돌 데이터 기반의 캘리브레이션 및 정렬을 사용하여 GEANT4로 모델링하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 13.6 TeV에서의 프로톤-프로톤 충돌에서의 포함 WZ 생성 단면적은 얼마인가?
• RQ2 측정된 단면적이 표준모형 예측과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 측정 결과는 비정상적인 삼중가역장 상호작용 상수(TGCs)에 대해 어떤 민감도를 보이는가?
• RQ4 낮은 중심질량 에너지에서의 이전 측정 결과와 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 검출기 수준의 재구성 요구사항에 더 가까운 위상공간에서의 피드유얼 단면적은 얼마인가?

주요 결과

• 포함 WZ 생성 단면적이 σ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2 (통계) ± 1.2 (계측) ± 0.8 (광도) ± 0.3 (이론) pb로 측정되었다.
• 측정 결과는 표준모형 예측과 뛰어난 일치를 보이며, 유의미한 편차는 관측되지 않았다.
• 검출기 수준의 재구성에 더 가까운 위상공간에서의 피드유얼 단면적이 측정되어 향후 분석의 기준점이 되었다.
• 불확실성 예산은 통계적 및 계측적 불확실성에 의해 주로 결정되었으며, 광도 및 이론적 불확실성은 더 작은 비중이지만 중요한 기여를 하였다.
• 다양한 렙톤 최종 상태에서 즉각적인 렙톤 식별 효율성이 높고 배경 억제 효과가 뛰어났다.
• 13 TeV에서의 이전 측정 결과와 일관되며, 런 3의 새로운 13.6 TeV 에너지로의 정밀도를 확장하였다.