[论文解读] Six-lepton Z' resonance at the LHC

V. Barger, Paul Langacker+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出在大型强子对撞机（LHC）上搜索一种Z'共振态，其衰变为希格斯玻色子与Z玻色子（Z' → ZH），随后H → ZZ → 4轻子，Z → 2轻子，最终形成一个独特的六轻子末态。该信号几乎无背景，即使Z'不直接耦合至轻子，也能独立重建希格斯玻色子与Z'玻色子的质量和宽度。

ABSTRACT

New physics models admit the interesting possibility of a Z' weak boson associated with an extra U(1) gauge symmetry and a Higgs boson that is heavy enough to decay into a pair of Z bosons. Then Z' production and decay via Z' -> ZH -> ZZZ has a distinctive LHC signal that is nearly background free and reconstructs the H and Z' masses and widths. The Z' decay to 3 pairs of leptons is especially distinctive. The ZH decay mode exists even if the Z' is decoupled from leptons, which motivates an independent 6-lepton resonance search regardless of the dilepton search results.

研究动机与目标

• 在LHC的六轻子末态中识别Z'共振态，作为扩展U(1)规范对称性的信号。
• 即使Z'与轻子无直接耦合，仍探索Z' → ZH衰变模式，确保信号可见性独立于二轻子共振搜索。
• 通过六轻子末态实现对希格斯玻色子与Z'玻色子质量及宽度的精确重建。
• 为超越标准模型的新物理发现提供无背景的信号通道。

提出的方法

• 将Z'玻色子建模为通过希格斯门道与标准模型耦合的额外U(1)规范对称性产生的重规范玻色子。
• 分析衰变链Z' → ZH，随后H → ZZ → 4轻子，Z → 2轻子，形成六轻子末态。
• 利用六轻子末态的运动学重建技术提取希格斯玻色子与Z'玻色子的质量与宽度。
• 通过评估Z' → ZH → ZZZ衰变链在六轻子通道中的主导性，评估信号的背景抑制能力。
• 评估当Z'无直接轻子耦合时，信号的鲁棒性，其依赖于ZH衰变模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 即使Z'不直接耦合至轻子，能否通过六轻子末态探测到Z'共振态？
• RQ2 在LHC上，Z' → ZH → ZZZ → 六轻子衰变链的背景抑制水平如何？
• RQ3 在多大程度上可从六轻子末态重建希格斯玻色子与Z'玻色子的质量与宽度？
• RQ4 Z' → ZH衰变模式如何提供独立于二轻子共振搜索的发现通道？

主要发现

• Z' → ZH → ZZZ产生的六轻子末态几乎无背景，显著提升发现潜力。
• 可通过六轻子末态的运动学结构独立重建希格斯玻色子与Z'玻色子的质量与宽度。
• 即使Z'与轻子解耦，信号仍可观测，完全依赖于ZH衰变模式。
• ZH衰变道为LHC上Z'共振态的发现提供了稳健且模型无关的通道。