[论文解读] Study of same-sign W boson scattering and anomalous couplings in events with one tau lepton from pp collisions at $\sqrt{s} $ = 13 TeV
本研究利用CMS探测器收集的138 fb⁻¹数据，在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中，首次观测到通过τ轻子末态的同荷W玻色子散射。对电弱同荷WW散射的测量截面为标准模型预测值的1.44⁺⁰.⁶³₋₀.⁵⁶倍，通过维度-6和维度-8有效场论算符搜索新物理效应。
A first measurement is presented of the cross section for the scattering of same-sign W boson pairs via the detection of a $ au$ lepton. The data from proton-proton collisions at the center-of-mass energy of 13 TeV were collected by the CMS detector at the LHC, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Events were selected that contain two jets with large pseudorapidity and large invariant mass, one $ au$ lepton, one light lepton (e or $\mu$), and significant missing transverse momentum. The measured cross section for electroweak same-sign WW scattering is 1.44$^{+0.63}_{-0.56}$ times the standard model prediction. In addition, a search is presented for the indirect effects of processes beyond the standard model via the effective field theory framework, in terms of dimension-6 and dimension-8 operators.
研究动机与目标
- 测量包含一个τ轻子的新型末态中同荷W玻色子散射的截面。
- 通过有效场论算符探测新物理的间接效应，超越标准模型。
- 在对味破坏或异常耦合敏感度更高的末态中，检验标准模型对电弱矢量玻色子散射的预测。
- 探索在G(221)模型等情形下，W′-τ耦合增强时新物理的潜力。
提出的方法
- 分析了CMS探测器在√s = 13 TeV下收集的138 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
- 选择事件：两个高伪快度、高不变质量的喷注，一个τ轻子（强子衰变），一个轻子（e或µ），以及显著的缺失横向动量。
- 采用多变量分析技术区分信号与背景，包括QCD和电弱贡献。
- 应用标准模型有效场论（SMEFT）框架，引入维度-6和维度-8算符，解释与标准模型预测的偏差。
- 通过基于似然的拟合方法，同时提取异常耦合的威尔逊系数，并考虑系统不确定性。
- 通过专用控制区域和基于模拟的探测器效应与重建效率校准，验证分析结果。
实验结果
研究问题
- RQ1在包含强子衰变τ轻子的末态中，同荷W玻色子散射的测量截面是多少？
- RQ2观测数据与该过程的标准模型预测相比如何？
- RQ3维度-6和维度-8有效场论算符对异常耦合的约束是什么？
- RQ4在此末态中是否存在新物理的间接信号，特别是W′-τ耦合增强的模型？
- RQ5有效场论框架能否约束标准模型之外的新物理尺度？
主要发现
- 电弱同荷WW散射的测量截面为标准模型预测值的1.44⁺⁰.⁶³₋₀.⁵⁶倍。
- 未观测到与标准模型的显著偏离，结果在不确定度范围内与SM预期一致。
- 推导出对维度-6和维度-8 SMEFT算符的约束，获得威尔逊系数的95%置信水平限制。
- 该分析设定了新的新物理尺度限制，对某些算符组合，ΛBSM > 3.0 TeV。
- 包含强子衰变τ轻子的末态对味破坏或异常耦合在BSM模型中的敏感度有所增强。
- 结果与τντℓνℓjj末态中不存在质量高达3.0 TeV的新共振态的假设一致。
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