[논문 리뷰] Studies of Vector Boson Scattering And Triboson Production with DELPHES Parametrized Fast Simulation for Snowmass 2013

Céline Degrande, Holzbauer, J. L.외 10명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 12인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 중심운동에너지 14, 33, 100 TeV인 양성자-양성자 충돌기에서 벡터 보손 산란과 트리보손 생성 과정에서 차원-6 및 차원-8 연산자를 탐색하기 위해 DELPHES와 효과적 필드 이론(EFT)을 사용한 빠른 시뮬레이션 연구를 제시한다. 높은 루미노시티와 에너지에서 새로운 물리학에 대한 민감도가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 트리보손 $WWW$ 및 $Z\gamma\gamma$ 최종 상태에서 뚜렷한 향상이 관찰되었다. 특히 100 TeV에서 차원-8 연산자를 탐색할 경우 $WWW$ 최종 상태의 에너지 증폭 요인이 300배를 초과한다.

ABSTRACT

Multiboson production provides a unique way to probe Electroweak Symmetry Breaking (EWSB) and physics beyond the Standard Model (SM). With the discovery of the Higgs boson, the default model is that EWSB occurs according to the Higgs mechanism. Deviations from the SM in Higgs and gauge boson properties due to new physics at a higher energy scale can be parameterized by higher-dimension operators in an Effective Field Theory (EFT). We present sensitivity studies for dimension-6 and dimension-8 operators in an EFT by looking for anomalous vector boson scattering and triboson production, at proton-proton colliders with center-of-mass energies of 14 TeV, 33 TeV and 100 TeV, respectively.

연구 동기 및 목표

• 효과적 필드 이론을 통해 표준모형을 초월한 새로운 물리학에 대한 벡터 보손 산란과 트리보손 생성의 민감도 평가.
• 중심운동에너지(14, 33, 100 TeV)와 통합 루미노시티(300 fb⁻¹에서 3000 fb⁻¹)가 비정상적 결합을 탐색하는 데 미치는 영향 평가.
• 다양한 보존 최종 상태에서 게이지 및 힉스 보손 결합을 수정하는 데 기여하는 차원-6 및 차원-8 연산자의 역할 탐구.
• 고루미노시티 환경에서의 UV 경계 조건과 피킹업 효과를 고려한 결과의 탄력성 테스트.
• 미래 고에너지 충돌기 탐색에 가장 유리한 최종 상태—예를 들어 $ZZ\to 4\ell$, $WWW$, $Z\gamma\gamma$—식별.

제안 방법

• CTEQ6L1 PDF를 사용한 MadGraph 5.1.5.10로 이벤트 생성 및 Pythia 6.4로 파arton 슈로잉 수행.
• 고순시 루미노시티에서 발생하는 피킹업을 포함한 검출기 효과를 모델링하기 위해 파arametrized 빠른 시뮬레이션을 적용한 수정된 DELPHES 프레임워크 사용.
• 게이지 및 로렌츠 불변성을 유지하면서 새로운 물리학을 기술하기 위해 차원-6 및 차원-8 연산자를 포함한 효과적 필드 이론 라그랑지안 적용.
• QCD 및 $t\bar{t}$ 배경를 줄이기 위해 완전히 렙톤 최종 상태($ZZ\to 4\ell$, $WZ\to 4\ell$, $WWW\to 4\ell$, $Z\gamma\gamma$) 선택.
• 비-VBS 기여를 억제하기 위해 전방 제트-제트 질량 >1 TeV 조건을 포함한 이벤트 선택 절차 적용.
• 고스케일 새로운 물리학 모델과의 이론적 일관성을 반영하기 위해 차원-8 연산자 계수를 제약하는 UV 경계 적용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벡터 보손 산란과 트리보손 과정에서 14 TeV에서 100 TeV로 충돌기 에너지가 증가할 경우, 차원-6 및 -8 EFT 연산자에 대한 민감도는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 다양한 최종 상태와 연산자 유형에서 루미노시티를 300 fb⁻¹에서 3000 fb⁻¹로 증가시킬 경우, 상대적인 민감도 향상 정도는 어떠한가?
• RQ3 차원-8 연산자에 대한 UV 경계 조건이 고에너지 충돌기 탐색에서 달성 가능한 민감도에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 어느 최종 상태—$ZZ\to 4\ell$, $WZ\to 4\ell$, $WWW$, 또는 $Z\gamma\gamma$—가 다보존 생성에서 새로운 물리학에 대해 가장 높은 민감도를 제공하는가?
• RQ5 고루미노시티 환경에서 피킹업 효과가 결과에 미치는 영향은 어느 정도이며, 이는 최종 상태에 따라 어떻게 다를까?

주요 결과

• $ZZ\to 4\ell$에서 차원-6 ${\cal L}_{\phi W}$ 연산자에 대한 민감도는 루미노시티 10배 증가로 1.9배 향상되고, 14 TeV에서 100 TeV로 에너지 증가로 1.8배 향상된다.
• 차원-8 ${\cal L}_{T,8}$ 연산자에 대한 민감도는 루미노시티 증가로 1.9배, 에너지 증가로 1.8배 향상되나, UV 경계 적용으로 인해 1.8배 감소한다.
• $WZ\to 4\ell$에서 ${\cal L}_{\phi d}$ (차원-6)에 대한 민감도는 루미노시티 증가로 1.9배, 에너지 증가로 1.2배 향상된다. ${\cal L}_{T,1}$ (차원-8)의 경우 각각 1.8배와 2.0배 향상된다.
• $ssWW\to 4\ell$에서 ${\cal L}_{T,1}$에 대한 민감도는 루미노시티 증가로 2배 향상되고, 14 TeV에서 100 TeV로 에너지 증가로 100배 향상되나, 14 TeV에서 UV 경계 적용으로 2배 감소한다.
• $WWW$ 최종 상태에서 차원-8 ${\cal L}_{T,0}$에 대한 민감도는 에너지가 14 TeV에서 100 TeV로 증가함에 따라 300배 향상되나, UV 경계로 인해 억제된다.
• $Z\gamma\gamma$ 최종 상태에서 차원-8 ${\cal L}_{M,i}$ 연산자에 대한 민감도는 루미노시티 증가로 2–6배, 에너지 증가로 2–5배 향상되나, UV 경계의 영향을 크게 받는다.