[논문 리뷰] Same sign di-lepton candles of the composite gluons

Aleksandr Azatov, Debtosh Chowdhury외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 38인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 전통적인 공명 탐색이 넓은 너비로 인해 실패하는 복합 힉스 모델에서 넓은 복합 글루온을 간접적으로 제약하는 데 동일한 전하의 이론 레프톤 최종 상태를 사용하는 것을 제안한다. 고광도 LHC가 기존의 토프 파트너 탐색 데이터와 예측을 활용해 약 6 테바르의 복합 글루온 질량까지 탐색할 수 있음을 보여준다. 이는 넓은 공명 영역에서도 성립한다.

ABSTRACT

Composite Higgs models, where the Higgs boson is identified with the pseudo-Nambu-Goldstone-Boson (pNGB) of a strong sector, typically have light composite fermions (top partners) to account for a light Higgs. This type of models generically also predicts the existence of heavy vector fields (composite gluons) which appear as an octet of QCD. These composite gluons generically become very broad resonances once phase-space allows them to decay into two composite fermions. This makes their traditional experimental searches, which are designed to look for narrow resonances, quite ineffective. In this paper we, as an alternative, propose to utilize the impact of composite gluons on the production of top partners to constrain their parameter space. We place constraints on the parameters of the composite resonances using the 8 TeV LHC data and also assess the reach of the 14 TeV LHC. We find that the high luminosity LHC will be able to probe composite gluon masses up to $\sim 6$ TeV, even in the broad resonance regime.

연구 동기 및 목표

• 복합 힉스 모델에서 전통적인 공명 탐색이 실패하는 넓은 너비를 가진 복합 글루온을 탐지하는 데 도전하는 것.
• 8 테바르 LHC에서의 기존 동일 전하의 이론 레프톤 토프 파트너 탐색 데이터를 활용해 넓은 복합 글루온의 매개변수 공간을 제약하는 것.
• 14 테바르 LHC가 토프 파트너로 붕괴할 때 넓은 너비를 가진 복합 글루온에 대한 감도를 예측하는 것.
• 직접 탐색이 실패하는 넓은 공명 영역에서 간접 제약이 토프 파트너 생성을 통해 가능하고 강력한 방법임을 보여주는 것.

제안 방법

• 강한 상호작용 부문에 토프 파트너와 복합 글루온을 공명으로 포함하는 SO(5)/SO(4) 코셋 구조를 기반으로 한 단순화된 모델을 사용한다.
• 비추상적 처리를 통해 난이도가 낮은 너비 근사치를 피하고, 복합 글루온을 질량과 비슷한 너비를 가진 넓은 공명으로 모델링한다.
• ATLAS 및 CMS의 동일 전하의 이론 레프톤 토프 파트너 탐색 결과를 재해석하여, 이벤트 선택 기준과 운동량 절단 조건을 적용해 복합 글루온의 결합 상수와 질량을 제약한다.
• 신호 이벤트 생성 및 검출기 효과 시뮬레이션을 위해 MadGraph5_aMC@NLO와 Pythia8를 사용한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한다.
• 복합 글루온은 토프 파트너와 약 ~g*의 강도로 결합하며, 위상공간과 결합 강도에서 붕괴 너비를 계산하여 넓은 공명을 이룬다.
• 고광도 및 최적화된 분석 전략을 가정하여 신호 및 배경 추정치를 스케일링함으로써 14 테바르 LHC의 탐색 능력을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전통적인 공명 탐색이 넓은 너비로 인해 실패할 경우, 동일 전하의 이론 레프톤 최종 상태를 사용해 넓은 복합 글루온을 제약할 수 있는가?
• RQ2 간접 제약을 통해 토프 파트너 쌍 생성을 이용한 14 테바르 LHC의 넓은 복합 글루온에 대한 효과적 질량 탐색 범위는 무엇인가?
• RQ3 복합 글루온의 결합 상수와 붕괴 너비가 동일 전하의 이론 레프톤 탐색 감도에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ4 기존의 8 테바르 LHC 데이터가 복합 힉스 모델에서 넓은 복합 글루온의 매개변수 공간을 얼마나 잘 제약할 수 있는가?
• RQ5 간접 제약이 넓은 공명 영역에서 직접 탐색의 탐색 능력을 뛰어넘을 수 있는가?

주요 결과

• 고광도 LHC는 공명이 넓고 전통적인 공명 탐색에서 탈락하더라도 복합 글루온 질량을 약 6 테바르까지 탐색할 수 있다.
• 기존의 8 테바르 LHC 데이터에서 동일 전하의 이론 레프톤 토프 파트너 탐색 결과는 복합 글루온 매개변수에 대해 의미 있는 간접 제약를 제공한다.
• 복합 글루온 너비가 질량과 유사할 경우에도 이 방법은 효과적이며 난이도가 낮은 너비 근사치의 제약를 극복한다.
• 분석 결과, 넓은 복합 글루온의 존재로 인해 토프 파트너 쌍 생성 단면적에 심각한 수정이 일어나 간접 탐지가 가능하다는 것이 드러났다.
• 14 테바르에서의 탐색 능력은 8 테바르보다 훨씬 뛰어나며, 광도와 신호율 증가로 인해 고질량 영역까지 감도가 연장된다.
• 본 연구는 직접 공명 탐색이 실패하는 넓은 복합 공명 영역에서 토프 파트너 생성을 통한 간접 탐색이 타당하고 강력한 대안임을 입증한다.