ATLAS實(shí)驗(yàn)上ZZ雙玻色子產(chǎn)生的物理研究.pdf

1、在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC上的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞中，有多種物理機(jī)制可以產(chǎn)生ZZ雙玻色子末態(tài)。利用Z玻色子的輕子衰變(Z→ll)和中微子衰變(Z→vv)，即雙輕子和丟失橫動(dòng)量的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)，本文研究了ATLAS實(shí)驗(yàn)上在質(zhì)心系對(duì)撞能量為8 TeV下采集的ZZ事例，總積分亮度為20.3fb-1。
　　本文首先利用ZZ→llvv衰變道，我們測(cè)量了標(biāo)準(zhǔn)模型下ZZ產(chǎn)生的反應(yīng)截面。這一產(chǎn)生過(guò)程在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型下可以進(jìn)行精確的理論計(jì)算，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，我們可

2、以與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言相比較，驗(yàn)證理論計(jì)算。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的8 TeV能量下ZZ產(chǎn)生的總截面為σtotZZ=8.84+1.04-0.88(stat.)+0.87-0.85(syst.)+0.33-0.28(lumi.) pb;而在NLO精度下的理論預(yù)言結(jié)果為6.58+0.30-0.28 pb;兩者相差為1.8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。在最新的NNLO QCD修正下，理論計(jì)算結(jié)果為7.74+0.35-0.31 pb，與我們的測(cè)量結(jié)果符合的更好。我們還進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)

3、數(shù)據(jù)尋找了三玻色子異常耦合對(duì)ZZ產(chǎn)生的可能貢獻(xiàn)。由于在實(shí)驗(yàn)上沒(méi)有觀(guān)察到與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的明顯偏差，我們給出了異常耦合參數(shù)的上限值。與ATLAS先前發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，我們獲得了對(duì)異常耦合最嚴(yán)格的限制。2012年在LHC上發(fā)現(xiàn)的希格斯(Higgs)粒子被發(fā)現(xiàn)同樣具有離殼效應(yīng)(off-shell)，這一效應(yīng)在Higgs質(zhì)量高于2倍于Z玻色子質(zhì)量(2mZ)的范圍內(nèi)可以被觀(guān)察到，并對(duì)ZZ事例的產(chǎn)生增加額外的貢獻(xiàn)。因此H*→ ZZ衰變提供了一個(gè)獨(dú)特

4、的機(jī)制來(lái)測(cè)量Higgs粒子的離殼耦合強(qiáng)度。利用ZZ→llvv末態(tài)，在95％的置信水平下，Higgs離殼信號(hào)強(qiáng)度的上限被確定為在9.6-12.4的范圍內(nèi)，預(yù)期的上限區(qū)間為8.8-13.3。進(jìn)一步與ZZ→4l及WW→evμv衰變道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，我們觀(guān)察到（預(yù)期）的約束范圍為5.1-8.6（6.7-11.0）。在每種情況下，上限范圍是通過(guò)改變未知gg→ZZ和gg→WW本底的高階QCD修正因子與已知的gg→ H→ ZZ和gg→H→WW信號(hào)的

5、高階QCD修正因子之間的比值來(lái)確定的，并且這一比值的變化區(qū)間為0.2-2。假設(shè)相關(guān)的Higgs的耦合是獨(dú)立于Higgs生產(chǎn)的能標(biāo)，與在殼(on-shell)測(cè)量的耦合強(qiáng)度相結(jié)合，我們可以進(jìn)一步限制Higgs粒子的總的質(zhì)量寬度ΓH。在95％的置信水平下，我們獲得的觀(guān)察（預(yù)期）的ΓH/ΓSMHM范圍是4.5-7.5(6.5-11.2)。假定未知的gg→VV本底的高階QCD修正因子與信號(hào)的相同，這一結(jié)果可以轉(zhuǎn)化成Higgs總寬度在95％的置信

6、水平下的上限，即觀(guān)察（預(yù)期）結(jié)果為22.7(33.0) MeV。最后，基于H→ ZZ→llvv衰變，尋找了質(zhì)量在240和1000 GeV之間的新的Higgs粒子。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與本底假設(shè)相符合，我們?cè)O(shè)定了在雙Higgs二重態(tài)模型(2HDM)中的額外Higgs粒子產(chǎn)生的截面的上限。在這一模型中，tanβ的很大一部分范圍被排除了，并且排除范圍取決于cos（β-α);對(duì)于cos（β-α)=±0.1，tanβ＜1的區(qū)域，在95％的置信水平下，Higg