[论文解读] Search for extra-dimensions, top-antitop resonances, 4th generation and leptoquark signatures at the LHC

M. Marionneau|arXiv (Cornell University)|May 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文利用ATLAS和CMS合作组在√s = 7和8 TeV下的质子-质子碰撞数据，对标准模型之外的物理学进行了全面搜索。研究涵盖了大额外维、顶-反顶共振态、第四代夸克以及轻子偶素等信号，未发现新物理的证据，并在95%置信水平下设定了关键模型参数（如$M_D$、$M_S$、$\Lambda$以及轻子偶素质量）的严格下限。

ABSTRACT

The searches for extra-dimensions, top resonances, 4th generation quarks and leptoquark signatures are presented. The results are based on proton-proton collision data for a center-of mass energy of7 or 8 TeV, corresponding to various integrated luminosities. No signal of physics beyond the Standard Model has been observed so far.

研究动机与目标

• 通过LHC中质子-质子碰撞下的引力子和黑洞产生，搜索大额外维的证据。
• 检验顶-反顶共振态和第四代夸克是否存在，作为标准模型的可能扩展。
• 研究轻子偶素信号，作为大统一理论中夸克与轻子之间潜在联系的途径。
• 利用二轻子和单喷注末态，设定接触相互作用和有效场论尺度的模型无关下限。
• 将单喷注和单光子搜索结果解释为暗物质（WIMP）散射截面和有效耦合的函数。

提出的方法

• 利用√s = 7 TeV（2011年）和8 TeV（2012年）的质子-质子碰撞数据，积分亮度最高达20 fb⁻¹。
• 应用事件选择标准，重点关注高缺失横向能量（E_T）、高pT喷注和孤立轻子，以识别新物理信号。
• 使用横向能量的标量和（H_T）和总横向动量（S_T）作为关键运动学变量，以区分信号与QCD背景。
• 采用统计方法，为$M_D$、$M_S$、$\Lambda$以及轻子偶素质量等模型参数设定95%置信水平（C.L.）的下限。
• 在多种末态中进行搜索：喷注 + E_T、二轻子、半轻衰变和二轻子衰变，涵盖不同理论模型。
• 将结果解释为有效场论算符，包括接触相互作用和WIMP-核子散射截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 大额外维的本征尺度（$M_D$）和ADD模型中的尺度$M_S$的下限是多少？
• RQ2 是否能在LHC的高能质子-质子碰撞中观测到微观黑洞的证据？
• RQ3 对第四代夸克态（包括向量型顶夸克伙伴和激发的下夸克）的约束条件是什么？
• RQ4 对不同分支比（$\beta$）和代数的轻子偶素质量，最严格的下限是多少？
• RQ5 单喷注和单光子搜索如何约束有效耦合尺度（$M_*$）和WIMP-核子散射截面？

主要发现

• 对于ADD模型，基于喷注 + E_T末态数据，$M_D$在95% C.L.下被排除在2.58 TeV（δ=2）至2.88 TeV（δ=6）以下。
• 基于二轻子末态，$M_S$（与$M_D$相关）的下限范围约为3.5至4.5 TeV，对应δ ∈ [2,7]。
• 未观测到微观黑洞的证据；在多个理论模型中设定了黑洞质量的下限，部分基准情形中$M_{BH}$被排除在约3.5 TeV以下。
• 在第四代夸克的搜索中未发现信号：5/3e电荷的第四代上夸克在700 GeV以下被排除，向量型上夸克在640 GeV（单态）和730 GeV（双态）以下被排除。
• 对于左手耦合为1的情况，激发的下夸克（b*）在870 GeV以下被排除（95% C.L.）。
• 对标量轻子偶素质量的最严格下限分别为：第一代830 GeV（β=1）、第二代640 GeV（β=0.5）、第三代538 GeV（β=1），所有通道均未观测到信号。