[论文解读] NLO+NLL limits on $W'$ and $Z'$ gauge boson masses

Je\v{z}o, Tom\'a\v{s}, Michael Klasen+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文针对强子碰撞中W′和Z′规范玻色子的产生，进行了NLO+NLL QCD重求和计算，包含与标准模型规范玻色子的完整干涉效应。该方法提升了高能区截面预测的理论精度，尤其在高质质量区，使排除极限更强：在UU模型中，W′玻色子的排除极限达到3.9–4 TeV，Z′玻色子达到2.75–3.2 TeV，超越了以往的间接约束。

ABSTRACT

QCD resummation predictions for the production of new charged ($W'$) and neutral ($Z'$) heavy gauge bosons decaying leptonically are presented. These results are obtained with our resummation code at next-to-leading order and next-to-leading logarithmic (NLO+NLL) accuracy. Our predictions are compared to PYTHIA at leading order (LO) supplemented with parton showers (PS) and FEWZ at NLO and next-to-next-to-leading order (NNLO) for the $p_T$-differential and total cross sections in the Sequential Standard Model (SSM) and general SU(2)$ imes$SU(2)$ imes$U(1) models. We show that the importance of resummation for total cross sections increases with the gauge boson mass. Finally, the latest ATLAS and CMS results are reinterpreted to derive new limits at NLO+NLL on $W'$ and $Z'$ boson masses in general extensions of the Standard Model.

研究动机与目标

• 提升高能区W′和Z′规范玻色子在强子碰撞中截面预测的理论精度。
• 包含新物理与标准模型规范玻色子之间的完整干涉效应，这些效应在标准的LO+PS和固定阶NNLO计算中被忽略。
• 利用NLO+NLL重求和与干涉效应重新诠释最新的ATLAS和CMS实验结果，得出更新的质量排除极限。
• 超越顺序标准模型（SSM），扩展至一般SU(2)×SU(2)×U(1)模型，特别是UU和NU实现形式。

提出的方法

• 本研究采用公开的RESUMMINO代码，在NLO+NLL精度下计算W′和Z′产生的pT微分截面与总截面。
• 通过RESUMMINO框架中2→2过程的实现，纳入SM与新规范玻色子之间的干涉效应，避免使用窄宽度近似。
• 将理论预测与PYTHIA的LO+PS结果及FEWZ的NLO/NNLO结果在多个基准模型（包括SSM和UU/NU G(221)模型）下进行比较。
• 施加动量学截断条件（例如，Q > 0.4MW′ 或 0.6MZ′ < Q < 1.4MZ′），以匹配实验分析条件。
• 利用NLO+NLL预测重新解释ATLAS和CMS数据，通过干涉与重求和效应重新标定信号截面。
• 通过将重求和预测与95%置信水平下的实验观测与预期排除极限进行比较，推导出质量极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 与LO+PS和固定阶NNLO计算相比，NLO+NLL QCD重求和效应如何影响W′和Z′玻色子的pT谱和总截面？
• RQ2 SM与新规范玻色子之间的干涉效应在典型实验动量学截断下，对预测截面的影响程度如何？
• RQ3 在SSM和UU/NU模型中，干涉与重求和的引入如何影响W′和Z′玻色子质量的推导排除极限？
• RQ4 随着规范玻色子质量的增加，重求和效应的重要性如何变化，特别是在产生阈值附近？
• RQ5 利用NLO+NLL预测结合干涉效应重新分析ATLAS和CMS数据，能否获得强于以往研究的排除极限？

主要发现

• NLO+NLL重求和预测在总截面方面与FEWZ的NLO/NNLO结果在1–2%水平内一致，验证了RESUMMINO实现的准确性。
• 在高质质量区（例如4 TeV），干涉效应可使预测截面提高至两倍，尤其在低于共振质量50%的不变质量截断下更为显著。
• 重求和效应使NLO预测提升约20%，且随着规范玻色子质量的增加，其重要性愈发显著。
• 在UU模型中，W′玻色子的质量极限从低能约束下的2.5 TeV提升至3.9–4 TeV，当引入干涉与重求和效应后。
• 对于Z′玻色子，对CMS数据的重新分析得出在UU模型中排除极限为2.75–3.2 TeV，超过此前间接极限2.5 TeV。
• 重求和效应在高质质量与低pT区域最为显著，而固定阶计算无法捕捉主导的对数贡献。