[論文レビュー] CMS Higgs physics results

M. Flechl|arXiv (Cornell University)|May 17, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、LHCラン2のデータを用いて、希少かつ標準模型を超えるヒッグス粒子の崩壊および追加のヒッグス状態に関するCMSの更新された探索を提示する。主な結果として、B(H → inv) < 0.19 の組み合わせ限界、H → ΥΥおよびH → aa 崩壊に対する感度の向上、複数の最終状態における重いヒッグス粒子の新しい除外限界が得られ、いずれも標準模型と整合的であるが、新しい物理学のシナリオを探索している。

ABSTRACT

Recent results of searches for Higgs bosons by the CMS collaboration are presented. These consist of searches for rare Higgs boson decays, searches for additional neutral Higgs bosons, and searches for charged Higgs bosons.

研究の動機と目的

• 予想されるブランチング比が顕著でない希少崩壊モードの探索を通じて、標準模型ヒッグス粒子仮説の検証を目的とする。
• ダークマター・ポータル、2HDM、NMSSM、MSSMを含む新しい物理学のシナリオを、追加の中性および電荷を帯びたヒッグス粒子の探索を通じて探査することを目的とする。
• 新たな最終状態の分析と高度な再構成技術の活用を通じて、異常なヒッグス崩壊の感度を向上させることを目的とする。
• 複数の生成および崩壊チャンネルにおける、ヒッグス粒子の見えない粒子、メソン、軽いスカラープセウドスカラー、および重いヒッグス粒子への崩壊に対する除外限界を設定することを目的とする。
• 挑戦的なトポロジーにおいて、純粋な光度スケーリングを超える感度の向上を、最適化された解析手法および機械学習を用いて実現することを目的とする。

提案手法

• ヒッグス粒子の見えない崩壊に対する境界を設定するために、0、1、2レプトン最終状態を用いたttHトポロジー探索の再解釈。
• LHCラン1およびラン2のデータを統合し、グルーオン融合、ベクトルボソン融合、およびV関連生成解析を組み合わせることで、H → 隠れ崩壊の感度を向上。
• H → J/ψJ/ψおよびH → ΥΥ崩壊の感度向上のため、専用の2および3ミューオントリガーと質量ウィンドウの使用。
• 行列式要素ベースの推定器（SVFit）および運動量再構成を用いて、A → Zh チャネルにおけるZ → h崩壊を示すヒッグス粒子の同定。
• 高多重度最終状態におけるイベント分類のため、機械学習アルゴリズムをH⁺ → tbおよびH⁺ → AW探索に活用。
• 低・中間・高質量領域におけるτ + ジェット、τ + 1レプトン、τ + 0レプトンの複数の最終状態を組み合わせることで、H⁺ → τνの感度を向上。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス粒子の見えない粒子への崩壊のブランチング比に対する現在の限界は何か？ また、これは標準模型の予測とどのように比較されるか？
• RQ2 J/ψJ/ψ や ΥΥ への希少ヒッグス崩壊は、高い感度と低バックグラウンドの特性を有するが、それらを通じて新しい物理学を探査できるか？
• RQ3 特にブーストトポロジーにおいて、4–15 GeV の質量範囲における軽いスカラープセウドスカラー崩壊（H → aa）の感度は、CMS共同研究がどのように向上されたか？
• RQ4 MSSMおよびhMSSMのシナリオにおいて、重い中性ヒッグス粒子がトップクォーク対またはZhに崩壊する場合の除外限界は何か？
• RQ5 MSSMフレームワークにおいて、広い質量範囲にわたるチャージドヒッグス粒子のτν、tb、AWへの崩壊に対する制約は何か？

主な発見

• ヒッグス粒子の見えない粒子への崩壊に対する組み合わせ限界は B(H → inv) < 0.19（予想値：0.15）であり、現在の最良の制約である。
• H → J/ψJ/ψ の限界は B(H → J/ψJ/ψ) < 1.8 × 10⁻³、H → ΥΥ の限界は B(H → ΥΥ) < 1.4 × 10⁻³ であり、両者とも予想された有意水準を満たしている。
• a₁質量が4から15 GeVの範囲におけるH → aa崩壊では、mₐ = 8 GeV で限界が約25%から約3%に改善され、純粋な光度スケーリングを上回る。
• ttHトポロジーにおいて、ヒッグス粒子質量400 GeVの付近に局所的3.8σの過剰が観測されたが、グローバル有意水準は2σにとどまり、発見とは見なされない。
• 80 GeV から3000 GeV の質量範囲にわたり、H⁺ → τν の除外限界が設定され、中間質量領域において、CMSで初めて高い感度が得られた。
• H⁺ → AW 崩壊において、Aボソン質量が15 GeV から75 GeV の範囲で、t → bH⁺ のブランチング比の限界は0.6%から2.9%の間であり、特にジミューオン最終状態に注目している。