Nazwa Projektu: Nowe podejście do fizyki rozpraszania bozonów wektorowych w eksperymencie CMS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów

Akronim Projektu: OPUS 21b

Budżet Projektu: 1 008 480 PLN

Czas trwania projektu: 18.01.2022- 17.01.2026

Kierownik Projektu: prof. dr hab. Michał Szleper, prof. NCBJ

Opis Projektu:

Projekt dotyczy poszukiwania pośrednich sygnałów fizyki spoza Modelu Standardowego (BSM) w procesach rozpraszania bozonów wektorowych (VBS) w eksperymencie CMS, w danych z Runu III Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Poszukiwania takie mogą być prowadzone w języku efektywnej teorii pola Modelu Standardowego (SMEFT). Analizy tego typu były już prowadzone przedtem, jednak formalizm SMEFT nie był dotychczas stosowany w pełni konsekwentnie. Niniejszy projekt ma na celu wprowadzenie istotnych ulepszeń koncepcyjnych, dzięki którym uzyskane wyniki będą wprost interpretowalne jako ponadmodelowe ograniczenia na nową fizykę (lub dostarczą informacji o naturze nowej fizyki w przypadku obserwacji). Poprawne użycie SMEFT do opisu potencjalnych efektów fizyki BSM komplikuje fakt skończonego obszaru ważności samego formalizmu. Wiadomo, że każdy tzw. operator wyższego wymiaru w SMEFT prowadzi do łamania warunku unitarności przy odpowiednio wysokiej energii. Dotychczas praktykowane w eksperymentach CMS w ATLAS podejścia do zagadnienia pozwalały na ominięcie problemu za cenę rezygnacji z ponadmodelowej interpretowalności fizycznej. Główna idea nowej oryginalnej techniki znanej jako "metoda obcinania" (ang. clipping method) polega na tym, żeby wszelkie wyniki numeryczne obliczane w formalizmie SMEFT pochodziły wyłącznie z obszaru, w którym formalizm jest rzeczywiście stosowalny. Osiąga się to poprzez usunięcie danych spoza obszaru stosowalności SMEFT z analizy, lub założeniu ich zgodności z Modelem Standardowym w przypadku gdy usunięcie nie jest możliwe. Istotne jest także, że skala nowej fizyki, wyznaczająca parametr obcięcia formalizmu SMEFT, nie musi być równa skali łamania unitarności. Niniejszy projekt ma na celu wprowadzenie do analizy pełnej metody obcinania, czyli obliczenie ponadmodelowych limitów na nową fizykę w funkcji parametru obcięcia, przy czym ten ostatni może przyjmować dowolną wartość pomiędzy najniższą obserwowaną energią oddziaływania a skalą łamania unitarności. Ograniczenia te będą miały postać krzywych wykluczenia w 2-wymiarowej płaszczyźnie zamiast - jak dotąd - pojedynczych liczb. Wprowadzenie tej koncepcji będzie wymagało modyfikacji istniejących narzędzi do analizy i będzie stanowiło model dla przyszłych analiz w języku SMEFT, nie tylko dla procesów VBS. Inna słabość dotychczasowych analiz VBS polega na badaniu wpływu poszczególnych operatorów wyższego wymiaru pojedynczo. Takie podejście ma bardzo ograniczoną interpretację fizyczną. Koniecznym ulepszeniem w przyszłych analizach jest uwzględnianie wielu operatorów naraz. Pierwszy krok w tym kierunku to kwestia odróżnienia od siebie efektów pochodzących od różnych operatorów. Wymaga to m.in. identyfikacji optymalnych zmiennych kinematycznych pozwalających na dyskryminację sygnałów. W szczególności, badanie polaryzacji bozonów W i Z w stanie końcowym, w szerszym kontekście niż sam Model Standardowy, może dostarczyć cennych informacji. Poszukiwanie ponadmodelowych sygnatur podłużnych i poprzecznych polaryzacji W i Z jest drugim głównym tematem niniejszego projektu.