[論文レビュー] Evidence for the production of three massive vector bosons with the ATLAS detector

M. Cristinziani|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ATLAS検出器が収集した79.8 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVの陽子–陽子衝突において、最初の三つの大質量ベクトルボソン（WWWおよびWVZ）の共同生成の証拠を提示している。観測された有意水準は4.1σであり、標準模型（SM）の予想である3.1σを上回っており、測定された断面積はσ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²¹ pbおよびσ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pbであり、標準模型の予測と整合的である。

ABSTRACT

The search for the production of three massive vector bosons in proton$-$proton collisions, performed using data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in the years 2015$-$2017, corresponding to an integrated luminosity of $79.8$ fb$^{-1}$, is presented. Events with two same-sign leptons $\ell$ (electrons or muons) and at least two reconstructed jets are selected to search for $WWW o \ell ν\ell νqq$. Events with three leptons without any same-flavour opposite-sign lepton pairs are used to search for $WWW o \ell ν\ellν\ell ν$, while events with three leptons and at least one same-flavour opposite-sign lepton pair and one or more reconstructed jets are used to search for $WWZ o \ell νqq \ell \ell$. Finally, events with four leptons are analysed to search for $WWZ o \ell ν\ell ν\ell \ell$ and $WZZ o qq \ell \ell \ell \ell$. Evidence for the joint production of three massive vector bosons is observed with a significance of 4.1 standard deviations, where the expectation is 3.1 standard deviations.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVにおける陽子–陽子衝突でのレアな三ボソン生成過程（WWW、WWZ、WZZ）の探索を目的とする。
• レアなベクトルボソン相互作用を通じて、標準模型の非アーベルゲージ構造をテストすることを目的とする。
• 三ボソン生成率のずれを通じて、標準模型を超える新しい物理学を探索することを目的とする。
• 高い精度でWWWおよびWWZ生成の包括的断面積を測定することを目的とする。

提案手法

• ATLAS検出器が収集した√s = 13 TeVのpp衝突データ79.8 fb⁻¹を用いて解析が行われた。
• 最終状態に2つ、3つ、または4つのレプトン（e, μ）、欠落運動量、およびジェットを含むイベントが選別され、WWWおよびWVZ過程をターゲットとした。
• 複数の崩壊チャンネル（ℓνℓνqq、ℓνℓνℓν、ℓνqqℓℓ、ℓνℓνℓℓ、qqℓℓℓℓ）に対して信号領域が定義された。
• 11の信号領域と1つの制御領域を組み合わせ、判別子を用いたビン化された最尤フィット手法が信号強度の抽出に用いられた。
• Sherpa、Powheg-Box、MadGraph5_aMC@NLOを用いたモンテカルロシミュレーションが、NLO QCD精度で信号およびバックグラウンド過程をモデル化するために用いられた。
• ジェット多重度の再重み付けおよび専用のBDT（偽レプトン、電荷誤識別）が、バックグラウンドモデル化およびレプトン識別の改善に適用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13 TeVにおけるpp衝突での三つの大質量ベクトルボソン（WWWおよびWVZ）の共同生成に証拠はあるか？
• RQ2 WWWおよびWWZ過程の測定された生成断面積は、標準模型の予測と一致するか？
• RQ3 観測信号の背景のみの仮説に対する有意水準は何か？
• RQ4 実験的および理論的不確実性は、信号強度の測定にどのように影響するか？
• RQ5 三ボソン生成率のずれを通じて、データは新しい物理学の存在を制約できるか？

主な発見

• 三つの大質量ベクトルボソン（WVV）の共同生成の統合有意水準は4.1σであり、標準模型の予想である3.1σを上回っている。
• WVV生成の測定された信号強度はμ = 1.40⁺⁰.³⁹₋₀.³⁷であり、統計的不確実性は±0.25、系統的不確実性は±0.30である。
• WWW生成の包括的断面積はσ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²¹ pbとして測定された。
• WWZ生成の包括的断面積はσ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pbとして測定され、WZZ寄与は標準模型の予想に固定された。
• 最大の系統的不確実性は、WWWチャンネルにおけるデータ駆動型バックグラウンド評価、スケール変動、および実験的効果に起因する。
• WWW生成の有意水準は3.2σ（予想値2.4σ）、WVZ生成の有意水準は3.2σ（予想値2.0σ）であり、標準模型の予測と整合的であることが確認された。