[论文解读] Studies of the Energy Dependence of Diboson Polarization Fractions and the Radiation-Amplitude-Zero Effect in WZ Production with the ATLAS Detector

Aad, Georges, Aakvaag, Erlend+2958 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究首次在13 TeV下观测到WZ产生过程中能量依赖的二体规范玻色子极化分数，发现在高横动量（100 < pT^Z ≤ 200 GeV）区域中，两个纵向极化玻色子事件的显著性达到5.2σ。同时，首次实验观测到WZ产生中的辐射振幅零点（RAZ）效应，显示在ΔY(ℓWZ)和ΔY(WZ)分布中接近零处有显著抑制，与标准模型预测一致。

ABSTRACT

This Letter presents the first study of the energy dependence of diboson polarization fractions in $WZ→ℓνℓ′ℓ′(ℓ,ℓ′=e,μ)$ production. The dataset used corresponds to an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector. Two fiducial regions with an enhanced presence of events featuring two longitudinally polarized bosons are defined. A nonzero fraction of events with two longitudinally polarized bosons is measured with an observed significance of 5.3 standard deviations in the region with 100&lt;$p_T^Z$≤200 GeV and 1.6 standard deviations in the region with $p_T^Z$&gt;200 GeV, where $p_T^Z$ is the transverse momentum of the Z boson. This Letter also reports the first study of the radiation-amplitude-zero effect. Events with two transversely polarized bosons are analyzed for the $ΔY(ℓWZ)$ and $ΔY(WZ)$ distributions defined respectively as the rapidity difference between the lepton from the W boson decay and the Z boson and the rapidity difference between the W boson and the Z boson. Significant suppression of events near zero is observed in both distributions. Unfolded $ΔY(ℓWZ)$ and $ΔY(WZ)$ distributions are also measured and compared to theoretical predictions.

研究动机与目标

• 研究WZ产生中二体规范玻色子极化分数的能量依赖性，特别是两个纵向极化玻色子事件分数（f00）在高pT^Z区域的表现。
• 探测WZ产生中的辐射振幅零点（RAZ）效应，即标准模型中预测的量子场论现象，在特定散射角下手征振幅为零。
• 通过测量高能二体规范玻色子事件中W和Z玻色子的极化态，检验电弱对称性自发破缺机制。
• 通过选择高pT^Z和低pT^WZ事件，抑制主导的T T极化态贡献，从而增强对稀有f00和RAZ效应的探测灵敏度。

提出的方法

• 利用ATLAS探测器在13 TeV质子-质子碰撞中获得的140 fb⁻¹数据，通过轻子衰变（ℓ, ℓ′ = e, μ）重建WZ → ℓνℓ′ℓ′事件。
• 定义两个增强f00的领域：一个为100 < pT^Z ≤ 200 GeV，另一个为pT^Z > 200 GeV，以研究能量依赖性。
• 测量快度差分布ΔY(ℓWZ)和ΔY(WZ)，分别定义为W衰变轻子与Z玻色子之间的快度差，以及W与Z玻色子之间的快度差。
• 应用去卷积技术校正探测器效应，并将去卷积后的分布与领先阶和下一领先阶QCD理论预测进行比较。
• 采用基于似然的电子和μ子识别方法，使用反-kT算法（R=0.4）进行喷流重建，并通过粒子流算法重建缺失横动量（E_T^miss）。
• 实施触发匹配、轻子隔离和重叠去除，以抑制本底并确保事件选择的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在WZ产生中，二体规范玻色子极化分数f00的能量依赖性如何，特别是在高pT^Z区域？
• RQ2 辐射振幅零点（RAZ）效应是否在WZ事件的ΔY(ℓWZ)和ΔY(WZ)分布中显现？
• RQ3 测量得到的极化分数和RAZ分布与领先阶和下一领先阶QCD预测相比如何？
• RQ4 选择高pT^Z和低pT^WZ事件在多大程度上增强了对f00和RAZ效应的探测灵敏度？
• RQ5 尽管NLO QCD修正会稀释信号，是否仍能在实验上观测到WZ产生中的RAZ效应？

主要发现

• 在100 < pT^Z ≤ 200 GeV的领域中，测得两个纵向极化玻色子事件分数（f00）非零，显著性达5.2个标准差。
• 在pT^Z > 200 GeV区域中，观察到1.6个标准差的显著性，表明在更高Z玻色子横动量下，f00贡献可观测但显著性较低。
• 在ΔY(ℓWZ)和ΔY(WZ)分布中均观察到接近零处的显著事件抑制，首次提供了WZ产生中辐射振幅零点（RAZ）效应的实验证据。
• 去卷积后的ΔY(ℓWZ)和ΔY(WZ)分布与理论预测良好一致，验证了标准模型对规范玻色子产生振幅的描述。
• f00分数从包含性WZ事件中的5–7%提升至高pT^Z和低pT^WZ区域的20–30%，表明主导的T T贡献被有效抑制。
• 观测到的RAZ凹陷与标准模型预测一致，证实了规范对称性在WZ静止参考系中90°散射角下抑制特定手征振幅的作用。