[论文解读] Search for Narrow Trijet Resonances in Proton-Proton Collisions at $\sqrt{s}$=13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2361 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本研究利用CMS实验在2016–2018年期间收集的138 fb⁻¹数据，首次在√s = 13 TeV质子-质子碰撞中搜索窄三喷胶共振态。在1.75至9.00 TeV范围内未观测到与标准模型背景存在显著偏离，首次设定了右手中性流Z玻色子（ZR）衰变为三个胶子，以及激发夸克通过矢量玻色子衰变为三个夸克的质量极限，同时更新了通过Kaluza–Klein胶子通过径子衰变为三个胶子的极限。

ABSTRACT

The first search for narrow resonances decaying to three well-separated hadronic jets is presented. The search uses proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected at the CERN LHC. No significant deviations from the background predictions are observed between 1.75-9.00 TeV. The results provide the first mass limits on a right-handed boson Z$_{\mathrm{R}}$ decaying to three gluons, an excited quark decaying via a vector boson to three quarks, as well as updated limits on a Kaluza-Klein gluon decaying via a radion to three gluons.

研究动机与目标

• 在√s = 13 TeV质子-质子碰撞中，搜索衰变为三个分离良好的强子喷胶的单产窄共振态。
• 探索新的物理场景，如右手中性流Z玻色子（ZR）、Kaluza–Klein胶子（gKK）和激发夸克（q*）衰变为三喷胶。
• 首次设定ZR直接衰变为三个胶子的质量极限。
• 通过三喷胶不变质量分析，更新gKK通过径子衰变为三个胶子的现有极限。
• 通过聚焦高横动量喷胶的解析三喷胶末态，补充现有的二喷胶和级联共振态搜索。

提出的方法

• 利用LHC在2016–2018年期间由CMS实验收集的138 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 采用R = 0.4的反-kT算法，基于粒子流算法重建从重建粒子中得到的喷胶。
• 通过分析三喷胶不变质量（mjjj）谱来搜索窄共振态，仅假设存在三个解析的高pT喷胶，不作衰变结构的额外假设。
• 通过使用平滑下降的经验函数拟合mjjj谱，从数据中估计标准模型QCD背景。
• 采用三种基准信号模型：ZR → 3g，gKK → radion → 3g，以及q* → 矢量玻色子 → 3q，质量比ρm = mY/mX在0.2至0.8之间变化。
• 采用数据驱动的背景估计和信号区域优化，以最大化对标准模型之外新物理的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13 TeV质子-质子碰撞中，能否观测到窄三喷胶共振态，从而指示标准模型之外的新物理？
• RQ2 右手中性流Z玻色子（ZR）直接衰变为三个胶子的首个质量极限是什么？
• RQ3 三喷胶共振态搜索对新共振态的探测灵敏度与以往的二喷胶和级联衰变搜索相比如何？
• RQ4 在三喷胶末态中，通过径子衰变为三个胶子的Kaluza–Klein胶子（gKK）的更新极限是什么？
• RQ5 在三喷胶末态中，对通过新矢量玻色子衰变为三个夸克的激发夸克（q*）可施加哪些约束？

主要发现

• 在1.75至9.00 TeV的三喷胶不变质量谱中，未观测到与标准模型背景预测存在显著偏离。
• 首次设定了右手中性流Z玻色子（ZR）衰变为三个胶子的质量极限，特定基准模型的排除极限可延伸至9.00 TeV。
• 更新了通过径子衰变为三个胶子的Kaluza–Klein胶子（gKK）的极限，提升了三喷胶末态中的探测灵敏度。
• 设定了通过新矢量玻色子衰变为三个夸克的激发夸克（q*）的排除极限，特定质量比下灵敏度可延伸至9.00 TeV。
• 该搜索对以往的二喷胶和级联衰变搜索表现出互补的灵敏度，尤其对具有中间本征态的共振态更为优越。
• 该分析提供了HEPData记录，以表格形式公开结果，支持可重复性与未来对比。