[论文解读] Measurement of the inclusive WZ production cross section in pp collisions at $ \sqrt{ extrm{s}} $ = 13.6 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2395 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文利用2022年CMS实验采集的34.7 fb⁻¹数据，测量了√s = 13.6 TeV质子-质子碰撞中WZ玻色子的总生产截面。通过针对四种轻子味类别（eee、eeμ、μμe、μμμ）的联合似然拟合，测得截面为σ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2（统计）± 1.2（系统）± 0.8（亮度）± 0.3（理论）pb，与标准模型预测高度一致。

ABSTRACT

The inclusive WZ production cross section is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, using data collected during 2022 with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb$^{-1}$. The measurement uses multileptonic final states and a simultaneous likelihood fit to the number of events in four different lepton flavour categories: eee, ee$μ$, $μμ$e, and $μμμ$. The selection is optimized to minimize the number of background events, and relies on an efficient prompt lepton discrimination strategy. The WZ production cross section is measured in a phase space defined within a 30 GeV window around the Z boson mass, as $σ_{ ext{total}}$(pp $ o$ WZ) = 55.2 $\pm$ 1.2 (stat) $\pm$ 1.2 (syst) $\pm$ 0.8 (lumi) $\pm$ 0.3 (theo) pb. In addition, the cross section is measured in a fiducial phase space closer to the detector-level requirements. All the measurements presented in this paper are in agreement with standard model predictions.

研究动机与目标

• 利用多轻子末态测量质子-质子碰撞中√s = 13.6 TeV下的WZ玻色子总生产截面。
• 通过测量接近Z玻色子质量的相空间中的截面，检验标准模型对WZ生产预测的准确性。
• 通过精确测量截面，评估对异常三线性规范耦合（TGCs）的敏感度。
• 利用高纯度多轻子末态验证LHC运行3期间探测器与分析方法的性能。
• 提供更接近探测器级重建要求的几何截面测量结果。

提出的方法

• 分析采用对四种轻子味类别（eee、eeμ、μμe、μμμ）事件计数的联合最大似然拟合。
• 基于优化的判据选择事件，以最小化背景贡献。
• 应用本征轻子识别以抑制非本征和误识别轻子。
• 通过考虑统计、系统、亮度和理论不确定性的似然拟合实现信号提取。
• 使用POWHEG和MADGRAPH5 aMC@NLO在QCD的NLO精度下生成信号与背景样本，并通过PYTHIA 8实现部分子辐射和强子化。
• 利用GEANT4模拟探测器响应与重建过程，校准与对齐基于碰撞数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13.6 TeV的质子-质子碰撞中，WZ玻色子的总生产截面是多少？
• RQ2 测量得到的截面与标准模型预测的符合程度如何？
• RQ3 该测量对异常三线性规范耦合（TGCs）的敏感度如何？
• RQ4 与较低质心系能量下的先前测量相比，结果有何异同？
• RQ5 在更接近探测器级重建要求的相空间中，几何截面是多少？

主要发现

• 测得的总WZ生产截面为σ_total(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2（统计）± 1.2（系统）± 0.8（亮度）± 0.3（理论）pb。
• 测量结果与标准模型预测高度一致，未观测到显著偏离。
• 在更接近探测器级重建要求的相空间中测得几何截面，为未来分析提供了基准。
• 不确定度预算主要由统计和系统不确定度主导，亮度和理论不确定度虽较小但具有显著贡献。
• 分析在本征轻子识别效率方面表现出色，并在多轻子末态中有效抑制了背景。
• 结果与13 TeV下的先前测量一致，并将精度扩展至新的13.6 TeV运行3能量点。