[论文解读] Same sign di-lepton candles of the composite gluons

Aleksandr Azatov, Debtosh Chowdhury+2 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 9

一句话总结

本文提出利用顶伙伴对产生过程中的同号双轻子末态，间接约束复合希格斯模型中因宽度过大而传统共振搜索失效的宽复合胶子。研究表明，即使在宽共振区域，高亮度LHC也能利用现有的顶伙伴搜索数据和预测，探测到约6 TeV量级的复合胶子质量。

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.

研究动机与目标

• 解决在复合希格斯模型中探测宽复合胶子的挑战——这些胶子因宽度过大而无法通过传统共振搜索方法探测。
• 利用8 TeV LHC中已有的同号双轻子顶伙伴搜索数据，约束宽复合胶子的参数空间。
• 预测14 TeV LHC对复合胶子的探测能力，即使其衰变为顶伙伴且宽度较大时亦可实现。
• 证明通过顶伙伴产生实现的间接约束在传统直接搜索失效的宽共振区域中是可行且强大的。

提出的方法

• 研究基于SO(5)/SO(4)共轭结构的简化模型，将顶伙伴和复合胶子作为强耦合 sector 中的共振态引入。
• 将复合胶子建模为宽度与质量相当的宽共振态，采用非微扰处理方法，避免使用窄宽度近似。
• 重新分析ATLAS和CMS的同号双轻子顶伙伴搜索结果，应用事件选择标准和运动学截断，以约束复合胶子的耦合常数和质量。
• 使用MadGraph5_aMC@NLO和Pythia8进行蒙特卡洛模拟，生成信号事件并模拟探测器效应。
• 复合胶子以约g*的强度耦合至顶伙伴，其宽度由相空间和耦合强度计算得出，从而形成宽共振态。
• 通过按比例缩放信号与背景估计值，预测14 TeV LHC的探测能力，假设具备高亮度和优化的分析策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 当传统共振搜索因宽度过大而失效时，是否可利用同号双轻子末态来约束宽复合胶子？
• RQ2 在通过顶伙伴对产生实现的间接约束下，14 TeV LHC对宽复合胶子的有效质量探测范围是多少？
• RQ3 复合胶子的耦合常数和衰变宽度如何影响同号双轻子搜索的灵敏度？
• RQ4 现有8 TeV LHC数据在多大程度上能约束复合希格斯模型中宽复合胶子的参数空间？
• RQ5 在宽共振区域，通过顶伙伴产生实现的间接约束是否可超越直接搜索的探测能力？

主要发现

• 即使在共振态宽且难以通过传统共振方法探测的情况下，高亮度LHC仍可探测到约6 TeV量级的复合胶子质量。
• 现有的8 TeV LHC同号双轻子顶伙伴搜索数据已能对复合胶子参数施加有意义的间接约束。
• 该方法在复合胶子宽度与质量相当的情况下依然有效，克服了窄宽度近似的局限性。
• 分析表明，宽复合胶子的存在会显著改变顶伙伴对产生截面，从而实现间接探测。
• 14 TeV下的探测能力显著优于8 TeV，得益于更高的亮度和更高的信号率，探测范围延伸至更高质量区域。
• 本研究证明，通过顶伙伴产生实现的间接搜索是宽复合共振态探测的一种可行且强大的替代方法。