[论文解读] Search for resonant and nonresonant production of pairs of dijet resonances in proton-proton collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2392 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文利用CMS探测器收集的138 fb⁻¹质子-质子对撞数据，在13 TeV质子-质子碰撞中搜索了二胶子共振态的共振与非共振态双产生。该研究设定了首次LHC对通过高能标中间态产生的四胶子共振态的限制，排除了基准模型中低于7.6 TeV的顶-反顶二夸克质量，并将R-奇偶性破坏的超对称模型中顶-selectron对产生过程的限制扩展至0.77 TeV。

ABSTRACT

A search for pairs of dijet resonances with the same mass is conducted in final states with at least four jets. Results are presented separately for the case where the four jet production proceeds via an intermediate resonant state and for nonresonant production. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ collected by the CMS detector in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ =13 TeV. Model-independent limits, at 95% confidence level, are reported on the production cross section of four-jet and dijet resonances. These first LHC limits on resonant pair production of dijet resonances via high mass intermediate states are applied to a signal model of diquarks that decay into pairs of vector-like quarks, excluding diquark masses below 7.6 TeV for a particular model scenario. There are two events in the tails of the distributions, each with a four-jet mass of 8 TeV and an average dijet mass of 2 TeV, resulting in local and global significances of 3.9 and 1.6 standard deviations, respectively, if interpreted as a signal. The nonresonant search excludes pair production of top squarks with masses between 0.50 TeV to 0.77 TeV, with the exception of a small interval between 0.52 and 0.58 TeV, for supersymmetric $R$-parity-violating decays to quark pairs, significantly extending previous limits. Here, the most significant excess above the predicted background occurs at an average dijet mass of 0.95 TeV, for which the local and global significances are 3.6 and 2.5 standard deviations, respectively.

研究动机与目标

• 在13 TeV质子-质子碰撞中搜索二胶子共振态的共振与非共振态双产生。
• 在95%置信水平下对四胶子和二胶子共振态产生截面施加模型无关的限制。
• 将这些限制应用于一个包含向量型夸克衰变为夸克-胶子对的基准二夸克模型。
• 扩展对R-奇偶性破坏的超对称模型的约束，特别是针对衰变为夸克对的顶-selectron对产生过程。
• 通过解析的喷注重建方法提高对高能标共振与非共振末态的探测灵敏度。

提出的方法

• 使用CMS探测器在√s = 13 TeV下收集的138 fb⁻¹质子-质子对撞数据。
• 采用双分支搜索策略：通过高能标中间态Y实现共振产生，以及非共振产生。
• 使用R = 0.7的反-kT算法进行喷注重建，并应用运动学选择以分辨单个喷注。
• 利用QCD多喷注模拟和数据驱动技术进行背景估计。
• 采用CLs方法进行假设检验，并计算信号截面的上限。
• 通过控制区域和系统误差评估（包括喷注能量标度与分辨率）验证分析结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过高能标中间态产生的二胶子共振态对的共振产生过程，LHC的首次限制是什么？
• RQ2 CMS实验是否能在包含向量型夸克衰变为夸克-胶子对的基准模型中，排除低于7.6 TeV的二夸克质量？
• RQ3 对R-奇偶性破坏的超对称模型中顶-selectron非共振态对产生过程的约束有何改进？
• RQ4 在四胶子和二胶子质量分布中，观测到的过量在标准模型背景之上有多显著？
• RQ5 本分析在多大程度上扩展了此前对顶-selectron对产生过程在二胶子末态中的限制？

主要发现

• 该研究设定了首次基于模型无关方法、在95%置信水平下对通过高能标中间态产生的二胶子共振态对的共振产生过程的限制。
• 在特定涉及向量型夸克衰变为夸克-胶子对的场景中，排除了质量低于7.6 TeV的二夸克模型。
• 在0.50 TeV至0.77 TeV范围内，排除了顶-selectron非共振态对产生过程，但0.52至0.58 TeV之间存在一个狭窄窗口除外。
• 在8 TeV的四胶子质量分布尾部观测到两个事件，其局部显著性为3.9个标准差，全局显著性为1.6个标准差。
• 在非共振搜索中，最显著的过量出现在平均二胶子质量为0.95 TeV处，其局部显著性为3.6个标准差，全局显著性为2.5个标准差。
• 该分析显著扩展了此前对R-奇偶性破坏的超对称模型中顶-selectron对产生过程的限制，特别是在高能标区域。