[論文レビュー] ATLAS discovery potential for a heavy charged Higgs boson

K. Assamagan, Y. Coadou+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、標準模型を超える拡張されたヒッグス系における重い電荷を帯びたヒッグスボソン（$H^\pm$）の発見可能性を、LHCにおけるATLAS検出器の感度に焦点を当てて評価している。200–600 GeVの質量範囲において、低および高$ anh\beta$領域で、$H^\pm \to tb$および$H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$の崩壊モードが、発見に最も有望であると特定している。5$")σ$発見は、$tb$モードでは約400 GeVまで、$ anh\nu$モードでは約600 GeVまで達成可能であり、300 fb$^{-1}$の積分光度において、質量および$ anh\beta$の測定精度はそれぞれ0.5–1.8%および5.4–7.4%に達する。

ABSTRACT

The sensitivity of the ATLAS detector to the discovery of a heavy charged Higgs boson is presented. Assuming a heavy SUSY spectrum, the most promising channels above the top quark mass are $H^\pm o tb$ and $H^\pm oτ^\pmν_τ$ which provide coverage in the low and high $ anβ$ regions up to $\sim 600$ GeV. The achievable precisions on the charged Higgs mass and $ anβ$ determination are also discussed. The $H^\pm o W^\pm h^0$ channel, though restricted to a small MSSM parameter space, shows a viable signal in NMSSM where the parameter space is less constrained. The observation of the channel $H^- oτ^-_Lν_τ+ c.c.$ may constitute a distinctive evidence for models with singlet neutrinos in large extra dimensions.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える拡張ヒッグス系の文脈において、ATLAS検出器の重い電荷を帯びたヒッグスボソン（$H^\pm$）の発見可能性を評価すること。
• さまざまな$ anh\beta$および質量領域において、$H^\pm$検出に最も感受性が高い崩壊モードを特定すること。
• 信号再構築および運動量分布を用いて、電荷を帯びたヒッグスボソン質量および$ anh\beta$パラメータの測定精度を評価すること。
• NMSSMにおける$H^\pm \to Wh^0$モードの可能性を検討し、LEP制約が緩和される点を評価すること。
• 大次元の追加空間にヒッグスボソンを伴うシングレットニュートリノを持つモデルにおける、$H^- \to \tau^-_L\nu_\tau + c.c.$の特徴的なシグナルとしての可能性を調査すること。

提案手法

• 検出器レベルの効果を考慮した、グルーオン融合（$gg \to tbH^\pm$）およびトップクォークと関連して生成される$H^\pm$のシミュレーション。
• 不変質量および横方向質量再構築を用いた、$H^\pm \to tb$および$H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$モードの解析により、背景からの信号の区別。
• $b$-ジェットエネルギーおよび共線性の違いを活用して、$t\bar{t}b\bar{b}$および$gg \to t\bar{t}b\bar{b}$背景を抑制するための運動量カットの適用。
• $\tan\beta$の決定に、$H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$崩壊率を用い、光度に10%の系誤差を仮定。
• NMSSMにおける$H^\pm \to Wh^0$の評価。この場合、MSSMと比較して$h^0$が軽く、制約が緩和される。
• $\tau$極化効果を$H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$モードに組み込み、低質量領域での感度を向上。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS検出器は、$H^\pm \to tb$崩壊モードにおいて、600 GeVまでのさまざまな$\tan\beta$値および質量に対して、どの程度の発見領域を有するか？
• RQ2 300 fb$^{-1}$の積分光度において、$H^\pm \to tb$および$H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$モードでの電荷を帯びたヒッグスボソン質量の再構築精度はどの程度か？
• RQ3 NMSSMにおいて、$H^\pm \to Wh^0$モードは、制約付きMSSMパラメータ空間と比較して、どの程度の発見可能性を示すか？
• RQ4 $H^- \to \tau^-_L\nu_\tau + c.c.$の崩壊モードは、大次元の追加空間にシングレットニュートリノを持つモデルの特徴的なシグナルとして機能できるか？
• RQ5 $H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$崩壊率から$ anh\beta$を決定する際の達成可能な精度は何か？また、$ anh\beta$に応じてどのように変化するか？

主な発見

• $H^\pm \to tb$モードは、低および高$ anh\beta$領域の両方で、$H^\pm$質量が約400 GeVまで5$")σ$発見が可能である。
• $H^\pm \to \tau^\pm\nu_\tau$モードは、特に高$ anh\beta$状況下で、質量が約600 GeVまで発見領域を拡大する。
• 電荷を帯びたヒッグスボソン質量は、約200 GeVで0.5%、約500 GeVで1.8%の精度で測定可能であり、不変質量または横方向質量分布における統計誤差が主な寄与要因である。
• $\tan\beta$パラメータは、$ anh\beta = 50$で5.4%、$ anh\beta = 20$で7.4%の精度で決定可能であり、10%の光度誤差と300 fb$^{-1}$の積分光度を仮定。
• $H^\pm \to Wh^0$モードは、NMSSMにおいても発見可能性を示しており、$h^0$に対するLEP制約が緩和されるため、従来除外されていたパラメータ領域へのアクセスが可能となる。
• $H^- \to \tau^-_L\nu_\tau + c.c.$崩壊モードが、$\tau$極化測定と併せて観測された場合、大次元の追加空間にシングレットニュートリノを持つモデルに対する特徴的な証拠となる。