[論文レビュー] Comment on an invisible Higgs boson and 50 GeV neutrino

V.A. Khoze|ArXiv.org|May 8, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、質量が約50 GeVで、標準ニュートリノとほとんど混合しない仮説的な第四世代ニュートリノについて論じている。このようなニュートリノが存在すれば、標準模型のヒッグス粒子は主に見えない最終状態に崩壊するだろう。具体的には、これらの重いニュートリノの対に崩壊するが、その崩壊幅はH→b̄bモードの約100倍に達する。その結果、加速器実験では特別な探索戦略が不可欠になる。

ABSTRACT

It has been recently suggested in hep-ph/9911535 and hep-ph/0006324 that the fourth generation of leptons and quarks is not excluded by the precision Z-boson measurements, provided that the mass of the fourth neutrino is around 50 GeV and that its mixing with the neutrinos of the first three generations is negligibly small. We would like to note that in this case the decay rate of the Standard Model Higgs boson into the pair of such neutrinos would be about two orders of magnitude higher than than the Higgs to b-bbar rate. Thus, the predominant decay mode of the Higgs would be invisible, which would require a special strategy for its searches.

研究の動機と目的

• 50 GeVの第四世代ニュートリノがヒッグス粒子の崩壊断面積に与える影響を評価すること。
• このようなニュートリノがヒッグス粒子を主に見えない最終状態に崩壊させ、その主要崩壊モードを変化させる可能性があるかどうかを評価すること。
• ヒッグス粒子が主に見えない最終状態に崩壊する場合、それを検出するための特別な実験的戦略の必要性を強調すること。
• 最近の精密Zボソン測定結果にもかかわらず第四世代フェルミオンが依然として妥当であるという主張に応えること。

提案手法

• 標準模型ヒッグス粒子が50 GeVのニュートリノ対に崩壊する分支比を分析する。
• カップリング強度の理論的推定値を用いて、H→ν̄₄ν₄崩壊率と主要なH→b̄b崩壊モードを比較する。
• 精密Zボソン測定からの既知の制約を適用し、重く弱く混合する第四世代ニュートリノの妥当性を評価する。
• 第四のニュートリノと3つのアクティブニュートリノの間にほとんど混合がないという仮定を用いて、崩壊振幅の計算を単純化する。
• 見えない崩壊幅とbクォーク崩壊幅の相対的大きさを推定する。
• 標準模型ヒッグスカップリングの形式的理論と崩壊率計算に依拠し、見えない崩壊モードとハドロン的崩壊モードの比較を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 このような粒子が存在する場合、ヒッグス粒子が50 GeVのニュートリノ対に崩壊する分支比はどの程度になるか？
• RQ2 50 GeVの第四世代ニュートリノが存在する状況下で、H→ν̄₄ν₄崩壊率は標準的なH→b̄b崩壊率と比べてどの程度か？
• RQ3 このようなニュートリノの存在が、ヒッグス粒子を主に見えない状態に崩壊させ、新たな検出戦略を要請するのか？
• RQ4 ヒッグス崩壊に与える影響を考慮すると、50 GeVの第四世代ニュートリノのシナリオは、精密電弱データと整合的か？

主な発見

• ヒッグス粒子が50 GeVのニュートリノ対に崩壊する率は、H→b̄b崩壊モードの約100倍に達する。
• その結果、ヒッグス粒子は主に見えない最終状態に崩壊するため、標準的なハドロン的崩壊チャネルでは検出が困難になる。
• 見えない崩壊モードがbクォーク最終状態を上回り、加速器実験ではヒッグス粒子が見えない共鳴状態として観測されることになる。
• この結果、ヒッグス粒子を連帯生成や欠落エネルギーのシグネチャを通じて検出するための特別な探索戦略の開発が不可欠になる。
• このシナリオは、3つのアクティブニュートリノ世代との混合が無視できるという仮定の下では理論的に可能であると確認されている。
• 結論として、第四世代フェルミオンモデルの文脈において、見えないヒッグス崩壊を考慮することが重要であることが強調される。