【摘 要】
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标准模型理论是目前人类已知的、解释物质世界基本构成和相互作用最好的理论,但仍有一些现象超出标准模型预期,需要发展超出标准模型的新理论来解决这些问题。许多超标准模型理论引入一种新的玻色子W’来作为新的带电矢量流的媒介子,它被认为足够重,能够衰变到一个顶夸克和一个底夸克。大型强子对撞机上中心能量（?）=13 TeV的质子-质子对撞能够提供对于W’质量进行具有很宽范围的扫描所需要的能量,寻找W’玻色子是
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标准模型理论是目前人类已知的、解释物质世界基本构成和相互作用最好的理论,但仍有一些现象超出标准模型预期,需要发展超出标准模型的新理论来解决这些问题。许多超标准模型理论引入一种新的玻色子W’来作为新的带电矢量流的媒介子,它被认为足够重,能够衰变到一个顶夸克和一个底夸克。大型强子对撞机上中心能量（?）=13 TeV的质子-质子对撞能够提供对于W’质量进行具有很宽范围的扫描所需要的能量,寻找W’玻色子是ATLAS和CMS实验寻找新物理研究中的重要任务。本论文展示了利用顶夸克和底夸克对的单轻子道末态寻找重的带电矢量玻色子（W’→tb→lvbb）的过程和结果,同时也给出了与全强子末态反应道（W’→tb→qqbb）联合寻找的结果。本工作使用了ATLAS探测器在2015至2018年之间收集的积分亮度为139 fb-1的数据,在0.5 TeV到6.0 TeV质量范围内,通过同时拟合顶夸克-底夸克对的重建质量在六个事例分区内的分布,搜索重矢量玻色子W’→tb→lvbb产生过程。事例分区是根据事例末态jets和b-tagged jets的数量划分,包括4个对W’信号敏感的信号区和两个可以限制主要背景过程W+jet的控制区域。另外一个主要背景过程是顶夸克对产生,系统分析表明无法定义有效控制区域来控制该背景过程在信号区的事例,因此采用优化后的蒙特卡罗模拟样本控制该背景过程。由误判轻子带来的背景事例,则是采用模板拟合的方法,从实验数据中估计误判轻子带来的背景事例。本工作使用了re-clustered jet等新物理对象,并根据末态粒子的动力学特征构建了新变量,包括与角分布相关的变量以及W玻色子横质量等,还对不同分区内各jet是否通过b-tag的结果组合进行判选,有效提升排除背景能力,提高了信号显著性。除了信号区和控制区,还设计了四个验证区,在信号区数据揭盲前,联合验证区进行拟合,以检验模拟与实验数据的符合程度和拟合方法的稳定。本工作估计了不同质量重矢量玻色子W’的产生截面乘以W’→tb分支比在95%置信水平的截面上限,测量结果表明,质量小于4.07 TeV的右手W’被排除。与W’全强子衰变道联合,同时拟合6个单轻子道和3个全强子道区域,排除了质量小于4.56 TeV的右手W’。这是目前国际上最好的结果。本文还对左手W’进行了研究,是ATLAS实验首次正确处理了左手W’和标准模型s-channel单顶夸克过程的干涉。干涉项对应的模拟样本采用新方法产生,该方法避免了在统计分析中出现负的分布。单轻子道测量结果表明,左手W’的质量小于3.70 TeV被排除,在联合分析中,质量小于4.32 TeV被排除。此外,本文还扫描了W’与费米子不同耦合常数的结果,得到W’→tb截面乘以分支比的上限,并给出在耦合常数与W’玻色子质量的二维平面中的排除区域。
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