[論文レビュー] Constraining extended Higgs sectors with HiggsSignals

Oscar Stål, Tim Stefaniak|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、信号強度係数とカイ二乗検定を用いてLHCヒッグス信号測定値と照らし合わせて拡張されたヒッグス系をテストする、公開の計算ツールHiggsSignalsを紹介する。結合スケール係数を用いたモデルに依存しない制約と、MSSMの$m_h^{\text{max}}$ベンチマークのようなモデルに依存する解析を可能にし、$m_A > 260\,\text{GeV}$および$4 < \tan\beta < 10$の範囲で95%信頼水準でデータと良好な整合性を示している。

ABSTRACT

We introduce the public computer code HiggsSignals, which can be used to test the predictions from models with arbitrary Higgs sectors against experimental measurements. Following a brief description of the code, several examples of HiggsSignals applications are given. We derive constraints on extended Higgs sectors taking into account the measured rates for the observed LHC Higgs signal in all available channels. The results are presented both in a model-independent framework with coupling scale factors that parametrize deviations from the Standard Model, and in a model-dependent example where we analyze a specific benchmark scenario of the minimal supersymmetric standard model.

研究の動機と目的

• LHCおよびテバトロンのヒッグス信号測定値に対して任意のヒッグス系モデルをテストできる、公開で使いやすいツールを提供すること。
• HiggsBoundsを拡張し、排出限界だけでなく測定された信号強度を組み込むことで、より精密な制約を可能にすること。
• コードの妥当性を公式の結合フィット結果と照合し、モデルに依存しないおよびモデルに依存する両方のフレームワークへの応用を示すこと。
• 最新の実験結果を統合し、最新の互換性を維持することで、将来の素粒子論的解析を支援すること。

提案手法

• HiggsSignalsは、モデル予測と実験的測定値を比較するための信号強度係数$\mu_{xx}$を用い、モデルの信号率とSMの信号率の比として定義される。
• 固定されたヒッグス質量におけるモデル予測と測定された信号強度を一致させるピーク中心の$\chi^2$法を採用し、質量分解能効果も含む。
• 全ハドロン的または部分素子的断面積、またはSMからのスケーリングを伴う有効結合定数の複数の入力形式をサポートする。
• 質量および断面積の理論的不確実性は、現実性を高めるためにユーザーが指定する入力として組み込む。
• 2つの統計的手法を実装している：ピーク中心の$\chi^2$と、質量依存の信号強度データをすべて使用する手法で、結果は組み合わせ可能である。
• HiggsBoundsと統合され、直接探索限界と信号率測定値を組み合わせて、包括的なモデルテストを可能にしている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排出限界のみではなく、測定されたLHCヒッグス信号率を用いて、拡張されたヒッグス系を体系的に制約する方法は何か？
• RQ2 現在のLHCデータを用いたモデルに依存しないフレームワークにおいて、結合スケール係数$\kappa_V$および$\kappa_F$の制約は何か？
• RQ3 MSSMの$m_h^{\text{max}}$ベンチマークシナリオは、測定されたヒッグス信号率および質量とどの程度整合するか？
• RQ4 モデルに依存しない解析における、見えないヒッグス崩壊の影響は何か？
• RQ5 HiggsBoundsとHiggsSignalsの結果を統合することで、ヒッグス系モデルの排出とフィッティングはどのように向上するか？

主な発見

• モデルに依存しない解析において、$\kappa_V$-$\kappa_F$平面にはSMと整合する好ましい領域が存在し、$m_h^{\text{max}}$MSSMベンチマークでは$\chi^2/\text{ndf} = 33.0/48$である。
• MSSMの$m_h^{\text{max}}$シナリオでは、$m_A = 390\,\text{GeV}$、$\tan\beta = 5.3$で最良適合点が得られ、$\chi^2/\text{ndf} = 33.0/48$である。
• MSSMのデカップリング限界が好まれており、95%信頼水準で$m_A > 260\,\text{GeV}$および$4 < \tan\beta < 10$である。
• 2$\sigma$レベルで$\mathrm{BR}(H \to \text{invisible}) \simeq 50\%$の大きな見えない崩壊分岐比が許容されるが、最良適合は$\mathrm{BR}(H \to \text{NP}) = 0$を支持する。
• $\chi^2$計算にLEPの負の結果を組み込むことで、$m_h < 114\,\text{GeV}$の低$\tan\beta$領域で高$\chi^2$領域が拡大する。
• 好ましいパラメータ空間全域において、MSSMの最軽いヒッグスボソン（$h$）は125 GeVのLHC信号として一貫して割り当てられる。