[论文解读] Constraints on Z 0 models from LHC dijet searches

Malcolm Fairbairn, John Heal+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用 5

一句话总结

本文分析了LHC运行I和II期间ATLAS与CMS的二胶子共振搜索结果，以约束通用Z′模型，重点研究Z′作为夸克与暗物质之间相互作用媒介的基准情景。结果表明，二胶子数据显著限制了允许的参数空间，缩小了给定Z′质量与宽度下可行的暗物质质量范围。

ABSTRACT

We analyse a combination of ATLAS and CMS searches for dijet resonances at run I and run II, presenting the results in a way that can be easily applied to a generic Z 0 model. As an illustrative example, we consider a simple model of a Z 0 coupling to quarks and dark matter. We first study a benchmark case with fixed couplings and then focus on the assumption that the Z 0 is responsible for setting the dark matter relic abundance. Dijet constraints place significant bounds on this scenario, allowing us to narrow down the allowed range of dark matter masses for given Z 0 mass and width.

研究动机与目标

• 利用LHC的二胶子共振搜索结果，推导对Z′模型的模型无关约束。
• 研究Z′玻色子作为暗物质丰度生成机制中介子的可行性。
• 评估运行I和II的二胶子数据如何约束具有夸克与暗物质耦合的Z′模型参数空间。
• 识别与二胶子约束及成功的暗物质丰度密度一致的暗物质质量允许范围。

提出的方法

• 整合LHC运行I和II期间ATLAS与CMS的二胶子共振搜索结果。
• 应用通用框架，将二胶子限制转化为对Z′与夸克及暗物质耦合常数的约束。
• 利用Z′在确定暗物质丰度中的作用作为参数空间选择的理论锚点。
• 对Z′质量与宽度施加来自二胶子共振搜索的约束，同时要求与观测到的暗物质密度一致。
• 在固定耦合常数的前提下进行基准分析，随后扩展至Z′决定丰度的场景。
• 采用全局拟合方法，将二胶子数据与暗物质的宇宙学约束联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC二胶子共振搜索对Z′模型施加的最强约束是什么？
• RQ2 二胶子数据如何限制与夸克及暗物质耦合的Z′的参数空间？
• RQ3 当Z′负责设定丰度时，哪些暗物质质量范围仍具可行性？
• RQ4 运行I和II期间ATLAS与CMS的联合二胶子搜索如何影响Z′质量与宽度的允许范围？
• RQ5 一个具有固定夸克与暗物质耦合常数的Z′模型，能否同时满足二胶子数据与观测到的暗物质密度？

主要发现

• LHC的二胶子共振搜索对具有夸克与暗物质耦合的Z′模型施加了强烈约束。
• ATLAS与CMS数据的联合分析显著缩小了Z′作为暗物质丰度生成中介子时的Z′模型允许参数空间。
• 对于给定的Z′质量与宽度，由于二胶子约束的存在，允许的暗物质质量范围被大幅压缩。
• 该分析表明，二胶子数据在约束Z′介导的暗物质场景方面，与直接探测和对撞机搜索具有相当的竞争力。
• 固定耦合常数的基准情形表明，Z′的质量与宽度必须精确调制，才能同时满足二胶子与丰度密度约束。
• 结果为将二胶子约束系统性地应用于通用Z′模型，特别是涉及暗物质的模型，提供了框架。