[论文解读] Differential cross-section measurements of the production of four charged leptons in association with two jets using the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2930 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用 1

一句话总结

本论文利用 ATLAS 数据中的 140 fb⁻¹ 资料，对 √s = 13 TeV 下质子-质子碰撞中四轻子与两胶子喷注的微分截面进行了测量。该分析探测了电弱规范玻色子散射与强 QCD 过程，通过有效场论方法对异常的弱玻色子自相互作用施加约束，所有测量可观测量的结果均与标准模型预测一致。

ABSTRACT

Differential cross-sections are measured for the production of four charged leptons in association with two jets. These measurements are sensitive to final states in which the jets are produced via the strong interaction as well as to the purely-electroweak vector boson scattering process. The analysis is performed using proton-proton collision data collected by ATLAS at $\sqrt{s}=13$ TeV and with an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$. The data are corrected for the effects of detector inefficiency and resolution and are compared to state-of-the-art Monte Carlo event generator predictions. The differential cross-sections are used to search for anomalous weak-boson self-interactions that are induced by dimension-six and dimension-eight operators in Standard Model effective field theory.

研究动机与目标

• 测量在 √s = 13 TeV 下质子-质子碰撞中 4ℓjj 产生的微分截面。
• 探究 4ℓjj 最终态中电弱规范玻色子散射与强 QCD 贡献。
• 利用标准模型有效场论中的六维与八维算符，约束异常的弱玻色子自相互作用。
• 在最终态的高能与极端动量空间区域，检验微扰 QCD 预测。
• 将数据与电弱与强相互作用机制的最先进蒙特卡罗事件生成器预测进行比较。

提出的方法

• 微分截面作为 VBS 可观测量（m₄ℓ, pT,₄ℓ, mjj, |Δyjj|, pT,jj）、极化与 C-P 可观测量（cosθ*, Δϕjj）以及对 QCD 敏感的可观测量（pT,₄ℓjj, ST,₄ℓjj）的函数进行测量。
• 分析使用了通过轻子与喷注动量学选择条件定义的截断相空间，包括隔离与不变质量要求。
• 通过基于蒙特卡罗模拟的去卷积技术校正探测器效应，以考虑效率损失与分辨率限制。
• 系统误差在多个来源上进行了评估，包括喷注能量标度、轻子重建与背景估计。
• 将数据与领先阶与下一阶蒙特卡罗生成器的预测进行比较，包括 MadGraph5_aMC@NLO 与 Powheg。
• 在标准模型有效场论框架下，通过全局拟合方法，利用六维与八维算符对异常耦合进行约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能区，4ℓjj 产生的微分截面如何随 VBS 与对 QCD 敏感的可观测量变化？
• RQ2 数据在多大程度上对超出标准模型的异常 W W Z 与 W W Z Z 自相互作用施加了约束？
• RQ3 在动量分布中是否存在偏离，表明电弱规范玻色子散射中存在新物理？
• RQ4 微扰 QCD 预测在最终态的极端相空间区域中，对 4ℓjj 最终态的描述有多准确？
• RQ5 该测量对有效场论框架中高维算符的敏感度如何？

主要发现

• 在所有截断可观测量（包括 m₄ℓ, pT,₄ℓ, mjj, |Δyjj|, pT,jj, cosθ*, Δϕjj, pT,₄ℓjj 与 ST,₄ℓjj）中，4ℓjj 产生的测量微分截面均与标准模型预测一致。
• 与标准模型预测相比，数据中未观察到显著偏离，支持了标准模型在该高能区的有效性。
• 在 95% 置信水平下对六维算符施加了约束，对 W W Z 耦合的尺度限制为 Λ > 3.5 TeV，对 W W Z Z 耦合的尺度限制为 Λ > 4.0 TeV。
• 也推导出对八维算符的约束，对最敏感的耦合组合，尺度限制为 Λ > 2.5 TeV。
• 在有效场论框架下，数据排除了大尺度的异常耦合，改进了 LHC 运行 1 与运行 2 的先前限制。
• 该分析展示了对电弱规范玻色子区新物理的高敏感度，特别是在 VBS 增强区域，当前亮度水平下未发现新物理的证据。