[论文解读] Search for resonances in the dijet mass spectrum from 7 TeV pp collisions at CMS

CMS Collaboration, V. Khachatryan+43 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 162

一句话总结

本论文利用LHC上7 TeV质子-质子对撞的1 fb⁻¹数据，使用CMS探测器对窄宽度二胶子共振态进行了搜索。通过利用粒子流喷流重建宽喷流以提高质量分辨率，该研究在95%置信水平下设定了共振态产生的上限，并排除了多种新物理模型，包括最高达4.00 TeV的弦共振态和最高达2.49 TeV的激发夸克。

ABSTRACT

A search for narrow resonances with a mass of at least 1 TeV in the dijet mass spectrum is performed using pp collisions at √ s = 7 TeV corresponding to an integrated luminosity of 1 fb −1, collected by the CMS experiment at the LHC. No resonances are observed. Upper limits at the 95 % confidence level are presented on the product of the resonance cross section, branching fraction into dijets, and acceptance, separately for decays into quark-quark, quark-gluon, and gluon-gluon pairs. The data exclude new particles predicted in the following models at the 95 % confidence level: string resonances with mass less than 4.00 TeV, E6 diquarks with mass less than 3.52 TeV, excited quarks with mass less than 2.49 TeV, axigluons and colorons with mass less than 2.47 TeV, and W ′ bosons with mass less than 1.51 TeV. Submitted to Physics Letters B ∗ See Appendix A for the list of collaboration members1 The Large Hadron Collider (LHC) has recently delivered an integrated luminosity in excess of 1 fb −1 at a centre-of-mass energy √ s = 7 TeV. This extends considerably the search territory for

研究动机与目标

• 在LHC的7 TeV pp对撞中搜索二胶子质量谱中的窄宽度共振态。
• 对预测质量高于1 TeV的共振二胶子态的新物理模型设定排除极限。
• 通过使用能恢复末态辐射并增强质量分辨率的宽喷流，提高探测灵敏度。
• 测试特定模型，如弦共振态、激发夸克、轴胶球和Randall-Sundrum引力子。
• 提供夸克-夸克、夸克-胶子和胶子-胶子衰变的截面、分支比和接受度乘积在95%置信水平下的上限。

提出的方法

• 使用反-kT算法（R = 0.5，即AK5）和R = 0.7（即AK7）重建粒子流喷流，以形成宽喷流。
• 将pT > 10 GeV且∆R < 1.1的AK5喷流与两个主AK5喷流合并，形成宽喷流，以增强能量收集效率。
• 应用选择标准：两个主喷流的|η| < 2.5且|∆η| < 1.3，以最大化对各向同性衰变的探测灵敏度。
• 定义二胶子质量为m = √[(E₁ + E₂)² − (⃗p₁ + ⃗p₂)²]，信号选择要求m > 838 GeV。
• 利用蒙特卡罗模拟、测试束流数据和对撞数据校准喷流能量，以修正探测器响应。
• 通过电磁量能器喷流验证结果，并确认二胶子质量谱的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在95%置信水平下，窄二胶子共振态的产生截面乘以分支比乘以接受度的上限是多少？
• RQ2 CMS基于1 fb⁻¹的7 TeV pp对撞数据，将弦共振态排除至多大质量尺度？
• RQ3 与标准喷流重建相比，宽喷流重建在探测共振二胶子态方面如何提升灵敏度？
• RQ4 在二胶子末态中，对激发夸克、轴胶球、胶色子和W′玻色子的排除极限是多少？
• RQ5 观测到的二胶子质量谱与QCD预测的一致性如何？何种偏离可能表明存在新物理？

主要发现

• 在二胶子质量谱中未观测到显著共振峰，与标准模型预测一致。
• 在95%置信水平下，数据排除了质量低于4.00 TeV的弦共振态。
• 在假设复合尺度等于共振态质量的条件下，排除了质量高达2.49 TeV的激发夸克。
• 轴胶球和胶色子被排除至2.47 TeV，而W′玻色子被排除至1.51 TeV。
• E6二夸克被排除至质量低于3.52 TeV，而κ/MPl = 0.1的Randall-Sundrum引力子被排除至质量低于3.0 TeV。
• 对于质量高于838 GeV的二胶子态，触发效率超过99.9%，确保对高能共振态的高灵敏度。