[论文解读] Multi-W Events at LHC from a Warped Extra Dimension with Custodial Symmetry

Christopher Roger Dennis, Unel, Muge Karagoz+2 more|ArXiv.org|Jan 19, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 23

一句话总结

本文提出，在具有规范顶点对称性的翘曲额外维模型中，轻的Kaluza-Klein底夸克（$ olimits\tilde{b}_R$）和电荷为$Q=5/3$的奇异夸克可通过大型强子对撞机（LHC）的胶子-胶子或夸克-反夸克过程产生，其衰变通过$tW$通道可形成独特的四W玻色子末态。研究显示，利用二胶子质量峰分析方法，此类$4W + b\bar{b}$事例的信号显著性可超过$5\sigma$，为检验具有规范顶点对称性的Randall-Sundrum模型提供了独特末态。

ABSTRACT

Randall-Sundrum models based on SU(2)_L * SU(2)_R with custodial symmetry are compelling frameworks for building alternative models of electroweak symmetry breaking. A particular feature of these models is the likely presence of light Kaluza-Klein fermions related to the right-handed top quark. These can be as light as a few hundred GeV and still compatible with EW precision constraints. In this article, we study the detectability of four-W final states at the LHC, which arise from the pair-production and tW decay of light Kaluza-Klein bottom quarks as well as light Kaluza-Klein quarks carrying electric charge 5/3.

研究动机与目标

• 研究在具有规范顶点对称性的Randall-Sundrum模型中，由轻Kaluza-Klein费米子对产生所导致的多重W末态的可探测性。
• 识别能够将此类模型与标准模型区分开来的独特对撞机末态，特别是$4W + b\bar{b}$末态。
• 利用真实模拟与背景分析，评估此类信号在大型强子对撞机上的发现潜力。
• 提出一种通过同号轻子和$b$+4个喷胶的联合不变质量重构，以区分$\tilde{b}_R$与奇异$Q=5/3$夸克贡献的方法。

提出的方法

• 使用Comphep和CalcHEP进行蒙特卡罗事件生成，模拟信号过程$gg, q\bar{q} \to \tilde{b}_R \bar{\tilde{b}}_R \to W^- t W^+ \bar{t} \to W^- W^+ b W^+ W^- \bar{b}$，其中至少一个$W$玻色子发生轻子衰变，其余则发生强子衰变。
• 使用蒙特卡罗事件生成工具Comphep和CalcHEP对信号与背景过程进行建模。
• 应用二胶子质量重构技术，以分离$t\bar{t}$衰变产物并提升信号显著性。
• 将信号与主导的标准模型背景（如$\gamma\gamma \to 4W$和$\gamma\gamma \to 2W2j$）进行比较。
• 提出一种基于同号轻子和$b$+4个喷胶的联合不变质量的重构策略，以区分$\tilde{q}$（奇异$Q=5/3$）与$\tilde{b}_R$的贡献。
• 在假设希格斯玻色子质量为300 GeV的条件下，利用$10\ \text{fb}^{-1}$积分亮度评估信号显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有规范顶点对称性的翘曲额外维中，对产生的轻Kaluza-Klein底夸克（$ olimits\tilde{b}_R$）是否能在大型强子对撞机上产生可探测的$4W + b\bar{b}$末态？
• RQ2 在背景抑制后，此类$4W$事例的信号显著性如何？是否可超过$5\sigma$的发现阈值？
• RQ3 如何将$\tilde{b}_R$信号与其它轻规范顶点伙伴（如奇异$Q=5/3$夸克）的信号区分开来？
• RQ4 $tW$衰变链在此模型中如何生成独特且可识别的$4W$末态？
• RQ5 能否通过同号轻子与$b$+4个喷胶的联合不变质量重构，有效分离$\tilde{b}_R$与奇异夸克的贡献？

主要发现

• 在$10\ \text{fb}^{-1}$亮度下，$\tilde{b}_R$对产生所形成的$4W + b\bar{b}$末态具有超过$5\sigma$的显著性，是一种独特信号。
• 信号中的二胶子质量分布呈现出清晰的峰，可有效与主导的标准模型背景分离。
• 完全轻子衰变模式（4个轻子 + $b\bar{b}$ + 缺失$E_T$）的产生率相比混合轻子/强子模式被抑制了两个数量级。
• 通过同号轻子和$b$+4个喷胶的联合不变质量分布中的窄峰，可将$\tilde{q}$（奇异$Q=5/3$）与$\tilde{b}_R$区分开来。
• 该方法依赖于可靠的轻子电荷测量和对$tW \to bjjjj$衰变的完整重构，但因重建需求过高，导致效率较低。
• 研究表明，确认$\tilde{q}$规范顶点伙伴的存在可能需要超过$10\ \text{fb}^{-1}$的数据，例如大型强子对撞机每年$100\ \text{fb}^{-1}$的设计亮度。