[论文解读] Collider Phenomenology of Higgsless models

A. Belyaev|ArXiv.org|Nov 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 5

一句话总结

本论文对大型强子对撞机（LHC）中最小无希格斯模型（MHLM）的规范不变性分析表明，通过 $pp \to W' \to WZ$ 和 $pp \to W'jj \to WZjj$ 产生的 $W'$ 玻色子可在其整个参数空间内被完全探测。在单位性和 't Hooft-Feynman 规范下进行的完整信号与背景计算显示，100 fb$^{-1}$ 的亮度可实现高达 1.2 TeV 的 $W'$ 的 $5\sigma$ 发现，而当 $M_{W'} \sim 500$ GeV 时，仅需 12 fb$^{-1}$ 的亮度即可在 $WZjj$ 通道中实现 $5\sigma$ 发现。

ABSTRACT

We study the LHC signatures of new gauge bosons in the minimal deconstruction Higgsless model (MHLM). We analyze the $W'$ signals of $pp o W' o WZ$ and $pp o W'jj o WZjj$ processes at the LHC, including the complete signal and background calculation in the gauge invariant model and have demonstrated the LHC potential to cover the whole parameter space of the MHLM model.

研究动机与目标

• 评估大型强子对撞机（LHC）在最小无希格斯模型（MHLM）中对 $W'$ 玻色子的发现潜力，该模型是一种无基本希格斯粒子的规范不变无希格斯模型。
• 在 MHLM 中对信号与背景过程进行完全一致的计算，通过在单位性和 't Hooft-Feynman 规范下精确实现，确保规范不变性。
• 证明 $W' \to WZ$ 和 $W'jj \to WZjj$ 衰变道可提供清晰、可重建的 $W'$ 共振探测信号。
• 确立 MHLM 参数空间——包含高达 1.2 TeV 的 $W'$ 质量——在真实亮度条件下可通过 LHC 完全检验。
• 通过费米子非局域化（理想费米子非局域化，IDDL）条件，验证该模型与精确电弱数据的一致性。

提出的方法

• 将 MHLM 建模为具有 $SU(2)_0 \times SU(2)_1 \times U(1)$ 规范对称性的三站点摩尔斯模型，并通过边界条件编码电弱对称性自发破缺，确保规范不变性。
• 使用 LanHEP 自动生成 MHLM 的费曼规则，并在 CalcHEP 中实现，同时在单位性和 't Hooft-Feynman 规范下进行交叉验证。
• 计算 $pp \to W' \to WZ$ 和 $pp \to W'jj \to WZjj$ 过程的完整信号与背景振幅，包括干涉效应。
• 通过在 $WZjj$ 过程中精确抵消融合与非融合贡献，保持规范不变性，且在两种规范选择下均得到验证。
• 应用运动学截断以抑制标准模型背景，通过 $M_T(WZ)$ 分布和 $3\sigma$/$5\sigma$ 发现阈值评估信号显著性。
• 通过高斯展宽近似能量分辨率等探测器效应，对最终结果影响可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最小无希格斯模型中，$W'$ 玻色子是否可在整个质量范围内（包括高达 1.2 TeV 的幺正性极限）被 LHC 发现？
• RQ2 与传统方法相比，对信号与背景过程进行完全规范不变性处理后，$pp \to WZjj$ 信号的表现有何变化？
• RQ3 在 $WZZ$ 和 $WZjj$ 衰变道中，实现 $3\sigma$ 和 $5\sigma$ 发现所需的积分亮度是多少？
• RQ4 $WZZ \to jj4\ell$ 与 $WZjj \to \nu 3\ell jj$ 通道在信号纯净度、截面和质量分辨率方面有何比较？
• RQ5 是否可在不引入希格斯玻色子的前提下，一致地描述 MHLM 的现象学特征，同时与精确电弱数据保持兼容？

主要发现

• $W' \to WZ$ 和 $W'jj \to WZjj$ 过程提供清晰、可重建的信号，在 $M_{WZ}$ 和 $M_T(WZ)$ 分布中呈现杰可比安峰。
• 对于 $M_{W'} = 500$ GeV，$WZjj$ 通道中实现 $5\sigma$ 发现仅需 12 fb$^{-1}$ 的积分亮度。
• 对于 $M_{W'} = 400$ GeV，$WZjj$ 通道中实现 $5\sigma$ 发现仅需 7 fb$^{-1}$，远低于 LHC 前几年运行的亮度水平。
• $WZZ \to jj4\ell$ 通道在 $W'$ 重建中提供更优的质量分辨率，可实现精确的质量测量。
• $WZjj$ 通道具有更大的截面，结合 100 fb$^{-1}$ 亮度可完全覆盖 MHLM 参数空间，直至 $M_{W'} \simeq 1.2$ TeV。
• 规范不变性至关重要：$pp \to WZjj$ 中信号与背景贡献的精确抵消仅在完全规范不变的框架下可见，而在朴素求和规则中则无法体现。