[论文解读] Measurement of exclusive $γγ ightarrow W^+W^-$ production and search for exclusive Higgs boson production in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 8$ TeV using the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本论文利用ATLAS探测器收集的20.2 fb⁻¹数据，对√s = 8 TeV的pp碰撞中单 exclusive γγ → W⁺W⁻ 产生过程及单 exclusive Higgs玻色子产生过程进行了搜索。在W⁺W⁻产生过程中观察到3.0σ的超出，与标准模型预测一致，测得截面为6.9 ± 2.2（统计）± 1.4（系统）fb，并在95%置信水平下设定了异常四费米子规范耦合及单 exclusive Higgs产生过程的限制。

ABSTRACT

Searches for exclusively produced $W$ boson pairs in the process $pp(γγ) ightarrow pW^+W^-p$ and exclusively produced Higgs boson in the process $pp(gg) ightarrow pHp$ have been performed using $e^{\pm}μ^{\mp}$ final states. These measurements use 20.2 fb$^{-1}$ of $pp$ collisions collected by the ATLAS experiment at a center-of-mass energy $\sqrt{s}=8$ TeV at the LHC. Exclusive production of $W^+W^-$ consistent with the Standard Model prediction is found with 3.0$σ$ significance. The exclusive $W^+W^-$ production cross-section is determined to be $σ(γγ ightarrow W^{+}W^{-} ightarrow e^{\pm}μ^{\mp} X) = 6.9 \pm 2.2 (\mathrm{stat.}) \pm 1.4 (\mathrm{sys.})$ fb, in agreement with the Standard Model prediction. Limits on anomalous quartic gauge couplings are set at 95\% confidence-level as $-1.7 imes 10^{-6} < a_0^W/Λ^2 < 1.7 imes 10^{-6}$ GeV$^{-2}$and $-6.4 imes 10^{-6} < a_C^W/Λ^2 < 6.3 imes 10^{-6}$ GeV$^{-2}$. A 95\% confidence-level upper limit on the total production cross-section for exclusive Higgs boson is set to 1.2 pb.

研究动机与目标

• 利用ATLAS探测器，在√s = 8 TeV的pp碰撞中搜索单 exclusive γγ → W⁺W⁻ 产生过程。
• 对涉及WWγγ顶点的异常四费米子规范耦合（aQGCs）设定限制。
• 在相同数据集中搜索通过gg → pH过程产生的单 Higgs玻色子。
• 通过截面或耦合强度的偏离，检验标准模型对单 W⁺W⁻ 产生的预测，并探测新物理。

提出的方法

• 采用等效光子近似（EPA）来模拟单 γγ → W⁺W⁻ 产生过程，其中质子发射准真实光子，这些光子湮灭产生W⁺W⁻对。
• 分析具有e±μ∓末态的事件，通过探测器中无额外活动来识别单过程。
• 应用选择标准以抑制背景，包括对轻子隔离、缺失横向动量及PT平衡的要求。
• 在异常四费米子规范耦合（aQGC）参数化中使用二极形式因子以保持幺正性，截止能量标度为Λcutoff。
• 对数据进行联合拟合，以提取W⁺W⁻截面，并在95%置信水平下设定a₀ᵂ/Λ²与aCᵂ/Λ²的限制。
• 采用基于似然的方法，对单Higgs玻色子产生的总截面设定上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 8 TeV的pp碰撞中，是否存在单 γγ → W⁺W⁻ 产生的证据？
• RQ2 在WWγγ顶点中，异常四费米子规范耦合a₀ᵂ/Λ²与aCᵂ/Λ²的限制是什么？
• RQ3 观测到的W⁺W⁻产生率是否偏离了标准模型的预测？
• RQ4 在8 TeV的pp碰撞中，通过胶子融合产生单Higgs玻色子的截面上限是多少？

主要发现

• 在W⁺W⁻末态中观察到3.0σ的超出，与单 γγ → W⁺W⁻ 产生的标准模型预测一致。
• 测得γγ → W⁻ → e±μ∓X的截面为6.9 ± 2.2（统计）± 1.4（系统）fb。
• 在95%置信水平下，对异常四费米子规范耦合的限制为：-1.7 × 10⁻⁶ < a₀ᵂ/Λ² < 1.7 × 10⁻⁶ GeV⁻²，以及 -6.4 × 10⁻⁶ < aCᵂ/Λ² < 6.3 × 10⁻⁶ GeV⁻²。
• 对单Higgs玻色子产生的总截面设定了95%置信水平的上限，为1.2 pb。
• 结果与标准模型一致，未在单W⁺W⁻或Higgs产生通道中发现新物理的证据。