[논문 리뷰] Diboson production cross section at LHC

Vincenzo Paolo Lombardo|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 √s = 7 및 8 TeV에서의 양성자-양성자 충돌을 이용해 ATLAS 및 CMS 협력진이 수행한 이보손 생성 단면적의 업데이트된 측정치와 비정상적인 삼중 게이지 보손 결합(aTGCs)에 대한 제약 조건을 제시한다. 결과들은 측정된 단면적과 다음 근사 차수의 QCD 예측 사이에 뛰어난 일치를 보이며, 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상의 징후가 없음을 시사한다.

ABSTRACT

This paper presents an overview of the diboson production cross-section measurements and constraints on anomalous triple-gauge boson couplings performed by the ATLAS and CMS collaborations using proton-proton collisions produced at a centre-of-mass energy of sqrt{s} = 7 and 8 TeV at LHC. Results for all combinations of W, Z and γ gauge bosons (excluding γγ) are presented with emphasis on the new WZ and ZZ production cross sections measured by ATLAS at sqrt{s} = 8 TeV and on the new constraints on anomalous triple-gauge couplings set by CMS in the WW and Zγ modes.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지 7 및 8 TeV에서 W, Z, 그리고 γ 게이지 보손의 모든 조합(γγ 제외)에 대한 이보손 생성 단면적을 측정하기 위해.
• 이보손 생성 단면적과 운동량 분포의 편차를 검색하여 표준모형을 시험하기 위해.
• WZ, ZZ, WW, Zγ 최종 상태의 고정밀 측정을 통해 비정상적인 삼중 게이지 보손 결합(aTGCs)을 제약하기 위해.
• 최적화된 선택 기준과 다변량 분석 기법을 통해 QCD 및 제트-가짜 과정 기여를 줄이기 위해.
• 7 TeV에서 4.9 fb⁻¹ 및 8 TeV에서 13 fb⁻¹의 데이터를 사용하여 aTGCs에 대한 업데이트된 제약 조건을 제공하여 새로운 물리 현상에 대한 민감도를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 전자기, 광자, 그리고 미량의 횡방향 에너지가 포함된 붕괴 채널을 이용해 pp → Wγ + X, Zγ + X, WZ + X, WW + X, ZZ + X의 총 단면적 및 미분 단면적을 측정하기 위해.
• QCD 및 QED 배경을 억제하기 위해 엄격한 렙톤 및 광자 식별, 고립성 및 각도적 분리 조건을 적용하기 위해.
• 배경이 지배하는 다중제트 최종 상태에서 신호 수확량을 추출하기 위해 빈도별 최대우도 피팅을 사용하기 위해.
• 측정된 분포(예: E_T^γ 스펙트럼)를 MCFM + CT10 구간 분포 함수로부터 이론 예측과 직접 비교하기 위해 전개하기 위해.
• 비정상적인 삼중 게이지 보손 결합(aTGCs)을 기술하기 위해 효과적 라그랑지안을 구성하고, λ_γ, Δk_γ, λ_Z, Δk_Z, h₃^Z 등의 파rameter를 사용하기 위해.
• 다양한 최종 상태(ww, wz, zγ, zz)에서 관측된 데이터를 표준모형 예측과 비교하여 aTGC 파rameter에 대해 95% 신뢰수준의 제약 조건을 설정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 8 TeV에서 측정된 이보손 생성 단면적이 다음 근사 차수의 QCD 예측과 일치하는가?
• RQ2 WZ, ZZ, WW 또는 Zγ 최종 상태의 운동량 분포에서 비정상적인 삼중 게이지 보손 결합을 시사할 수 있는 편차가 있는가?
• RQ3 8 TeV 데이터에서의 aTGC 제약 조건은 7 TeV 데이터 및 이전 실험(LHC 및 테바트론)과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ4 Zγ → ννγ 채널이 Zγ → ℓℓγ 채널보다 aTGCs에 대해 더 강한 제약 조건을 제공할 수 있는가?
• RQ5 8 TeV에서 관측된 WZ 생성 단면적의 중요도는 이론적 기대치와 비교해 어떻게 되는가?

주요 결과

• ATLAS는 13 fb⁻¹의 데이터로 √s = 8 TeV에서 WZ 생성 단면적을 20.3⁺⁰.⁸₋₀.⁷ (통계)⁺¹.²₋₁.¹ (계측)⁺⁰.⁷₋₀.⁶ (광도) pb로 측정하였으며, 이는 NLO QCD 예측인 20.0 pb와 뛰어난 일치를 보였다.
• ATLAS는 20 fb⁻¹의 데이터로 √s = 8 TeV에서 ZZ → 4ℓ 단면적을 7.1⁺⁰.⁵₋₀.⁴ (통계) ± 0.3 (계측) ± 0.2 (광도) pb로 측정하였으며, NLO 예측인 7.2⁺⁰.³₋₀.² pb와 일치하였다.
• CMS는 3.5 fb⁻¹의 데이터로 √s = 8 TeV에서 WW 단면적을 69.9 ± 2.8 (통계) ± 5.6 (계측) ± 3.1 (광도) pb로 측정하였으며, NLO 예측인 57.3⁺².⁴₋₁.⁶ pb보다 높았지만, 불확도 범위 내에서 일치하였다.
• 어느 이보손 최종 상태에서도 표준모형과의 유의미한 편차가 관측되지 않았으며, 모든 aTGC 파rameter는 95% 신뢰수준에서 0과 일치하는 값으로 제약되었다.
• CMS 협력진은 Zγ → ννγ 채널에서 Zγ → ℓℓγ 채널보다 더 강한 aTGC 제약 조건을 설정하였으며, 새로운 물리 현상 탐지에 대한 민감도를 향상시켰다.
• ATLAS와 CMS의 통합 결과는 모든 최종 상태 및 중심질량 에너지에서 측정된 이보손 단면적과 이론적 예측 사이에 뛰어난 일치를 보였다.