Search for a heavy resonance decaying into four-lepton final states for boosted and resolved regimes in proton-proton collisions at √s = 13 TeV = Boosted 및 resolved 영역에서의 13 TeV 양성자-양성자 충돌을 이용한 네 개의 경입자로 붕괴하는 무거운 입자 탐색

국문 초록 (Abstract)

LHC의 CMS 검출기를 이용하여 기록한 137.6 fb−1 의 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여 두 개의 중간 상태 보존을 거쳐 최종적으로 네 개의 경입자로 붕괴하는 무거운 질량의 입자를 탐색하였다. X → YY → 4ℓ 과 X → ZY → 4ℓ 가설에 대한 생산 단면적의 상한을 계산하였다. 보존 Y의 질량이 작을 경우, 높은 로렌츠 부스트로 인해 인접한 두 개의 전자의 에너지 분포가 합쳐지거나, 검출기에 기록된 두 경입자의 궤도가 겹침으로써 일반적인 것과는 다른 신호가 관측될 수 있다. 따라서, 가벼운 중간 상태 보존을 거치는 가설의 경우 새로이 개발된 인접한 전자 및 뮤온 식별 기술을 사용하여 탐색하였다. 데이터 상에서의 인접한 전자-양전자 쌍에 대한 식별 효율은 J/ψ → ee 과 한 개의 광자가 두 개의 전자-양전자 쌍을 생성하는 Z → µµγ 이벤트들을 사용해 측정하였다. 인접한 뮤온의 궤도 겹침 현상이 발생했을 경우 missing transverse energy를 관측되지 않은 뮤온의 것으로 해석하였다. 유의미한 신호는 관측되지 않았다. 관찰된 최대 global (local) 통계적 유의성은 MX = 550 GeV 및 MY = 0.8 GeV 에서 1.84σ (2.74σ) 이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A search for a high-mass resonance decaying into four-lepton final states via two intermediate bosons has been performed. The search uses protonproton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV collected by the CMS detector at LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137.6 fb?1. Model-independent upper limits on the product of cross section and branching fraction to four-leptons are presented for X → YY → 4ℓ and X → ZY → 4ℓ signal. For hypotheses with a low mass of the boson Y, the final-state leptons may result in unconventional signatures due to the high Lorentz boost, such as the merging of energy deposits from two electrons and cleaning of a trajectory that shares inner tracker hits with neighboring lepton. Thus, the signals with a light intermediate boson are probed by developing novel merged electron and cleaned muon identification techniques. The merged electron identification efficiencies in data are measured using boosted J/ψ → ee and Z → ??γ events where the photon converts to a pair of collimated electrons. The signal events with a cleaned muon are selected by interpreting the missing transverse energy as the absence of the muon. No significant excess is observed. The maximum observed global (local) significance is 1.84σ (2.74σ) at MX = 550 GeV and MY = 0.8 GeV.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 2 The CMS experiment 17
• 3 Data and Monte Carlo samples 34
• 4 Boosted signatures 40
• 5 Modified high-energy electron identification 49
• 6 Merged electron identification 66
• 7 Event selections 80
• 8 Background estimations 84
• 9 Signal modeling 105
• 10 Systematic uncertainties 109
• 11 Results 112
• 12 Conclusions 117
• Appendix A Electron trigger efficiency 131
• Appendix B Boosted muon isolation efficiency 140