[论文解读] 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 4

一句话总结

本论文基于ATLAS探测器收集的79.8 fb⁻¹数据，首次在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中提供了三重重矢量玻色子（WWW和WVZ）联合产生的实验证据。观测显著性达到4.1σ，超过标准模型预期的3.1σ，测得的截面分别为σ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²¹ pb 和 σ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pb，与标准模型预测一致。

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.

研究动机与目标

• 在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中搜索稀有三玻色子产生过程（WWW、WWZ、WZZ）。
• 通过稀有矢量玻色子相互作用检验标准模型的非阿贝尔规范结构。
• 通过三玻色子产生率的偏离探测标准模型之外的新物理。
• 高精度测量WWW和WWZ产生的总截面。

提出的方法

• 利用ATLAS探测器在√s = 13 TeV下收集的79.8 fb⁻¹质子-质子碰撞数据进行分析。
• 基于包含两个、三个或四个轻子（e, μ）、缺失横向动量和喷注的末态选择事例，以靶向WWW和WVZ过程。
• 为多种衰变道定义信号区域：ℓνℓνqq、ℓνℓνℓν、ℓνqqℓℓ、ℓνℓνℓℓ 和 qqℓℓℓℓ。
• 采用分箱的最大似然拟合方法提取信号强度，结合十一个信号区域和一个控制区域的判别变量。
• 使用Sherpa、Powheg-Box和MadGraph5_aMC@NLO的蒙特卡洛模拟，在NLO QCD精度下建模信号和背景过程。
• 应用喷注多重性重加权及专用的BDT（非真性轻子、电荷误识别）以改进背景建模和轻子识别。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中，是否存在三重重矢量玻色子（WWW和WVZ）联合产生的实验证据？
• RQ2 WWW和WWZ过程的测量产生截面是否与标准模型预测一致？
• RQ3 相对于仅含背景的假设，观测到的信号显著性如何？
• RQ4 实验和理论不确定性如何影响信号强度的测量？
• RQ5 数据能否通过三玻色子产生率的偏离约束新物理的存在？

主要发现

• 三重重矢量玻色子（WVV）联合产生的联合显著性为4.1σ，超过标准模型预期的3.1σ。
• WVV产生的测量信号强度为μ = 1.40⁺⁰.³⁹₋₀.³⁷，统计不确定性为±0.25，系统不确定性为±0.30。
• WWW产生的总截面测量结果为σ(WWW) = 0.65⁺⁰.²³₋₀.²¹ pb。
• WWZ产生的总截面测量结果为σ(WWZ) = 0.55⁺⁰.²¹₋₀.₁₉ pb，其中WZZ贡献固定为标准模型预期值。
• 最大的系统不确定性来源于WWW通道的数据驱动背景评估、尺度变化以及实验效应。
• WWW产生的观测显著性为3.2σ（预期2.4σ），WVZ产生的观测显著性为3.2σ（预期2.0σ），证实与标准模型预测一致。