[论文解读] Diboson production cross section at LHC

Vincenzo Paolo Lombardo|arXiv (Cornell University)|May 16, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文报告了ATLAS与CMS合作组在LHC上利用质子-质子对撞（√s = 7 和 8 TeV）对二玻色子产生截面的更新测量结果，以及对异常三重规范玻色子耦合（aTGCs）的约束。结果表明，测量的截面与下一阶微扰量子色动力学（NLO QCD）预测值高度一致，未发现偏离标准模型的新物理迹象。

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.

研究动机与目标

• 在LHC能量为7和8 TeV下，测量所有W、Z和γ规范玻色子组合（不包括γγ）的二玻色子产生截面。
• 通过搜索二玻色子产生截面和运动学分布中可能指示新物理的偏离，检验标准模型。
• 利用WZ、ZZ、WW和Zγ末态的高精度测量，约束异常三重规范玻色子耦合（aTGCs）。
• 通过优化选择标准和多元分析技术，减少QCD和喷注伪造过程的背景贡献。
• 利用7 TeV下的4.9 fb⁻¹和8 TeV下的13 fb⁻¹数据，提供对aTGCs的更新约束，提升对新物理的探测灵敏度。

提出的方法

• 利用包含轻子、光子和缺失横向能量的衰变道，测量pp → Wγ + X、Zγ + X、WZ + X、WW + X和ZZ + X的总截面与微分截面。
• 应用严格的轻子和光子识别、隔离及角度分离要求，以抑制QCD和QED背景。
• 在背景占主导的多喷注末态中，使用分箱最大似然拟合方法提取信号事例数。
• 将测量分布（如E_T^γ谱）展开，以直接与MCFM + CT10部分子分布函数的理论预测进行比较。
• 构建有效拉格朗日量，利用λ_γ、Δk_γ、λ_Z、Δk_Z、h₃^Z等参数参数化异常三重规范玻色子耦合（aTGCs）。
• 通过在多个末态（WW、WZ、Zγ、ZZ）中比较观测数据与标准模型预测，设定aTGC参数在95%置信水平下的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 8 TeV下测量的二玻色子产生截面是否与下一阶微扰量子色动力学（NLO QCD）预测一致？
• RQ2 在WZ、ZZ、WW或Zγ末态的运动学分布中是否存在可能表明异常三重规范玻色子耦合的偏离？
• RQ3 8 TeV数据对aTGCs的约束与7 TeV数据及LEP和Tevatron等以往实验相比如何？
• RQ4 Zγ → ννγ末态是否能比Zγ → ℓℓγ末态提供更严格的aTGCs约束？
• RQ5 在8 TeV下观测到的WZ产生截面与理论预期相比具有多大显著性？

主要发现

• ATLAS在√s = 8 TeV、13 fb⁻¹数据下对WZ产生截面的测量结果为20.3⁺⁰.⁸₋₀.⁷（统计）⁺¹.²₋₁.¹（系统）⁺⁰.⁷₋₀.⁶（亮度）pb，与NLO QCD预测值20.0 pb高度一致。
• ATLAS在√s = 8 TeV、20 fb⁻¹数据下对ZZ → 4ℓ截面的测量结果为7.1⁺⁰.⁵₋₀.⁴（统计）± 0.3（系统）± 0.2（亮度）pb，与NLO预测值7.2⁺⁰.³₋₀.² pb一致。
• CMS在√s = 8 TeV、3.5 fb⁻¹数据下对WW截面的测量结果为69.9 ± 2.8（统计）± 5.6（系统）± 3.1（亮度）pb，高于NLO预测值57.3⁺².⁴₋₁.⁶ pb，但仍在不确定度范围内一致。
• 在任何二玻色子末态中均未观测到与标准模型的显著偏离，所有aTGC参数在95%置信水平下均被约束在与零一致的范围内。
• CMS合作组在Zγ → ννγ末态中对aTGCs的限制比在Zγ → ℓℓγ末态中更严格，提升了对新物理的探测灵敏度。
• ATLAS与CMS的联合结果表明，所有末态和质心系能量下，测量的二玻色子截面与理论预测值高度一致。