[論文レビュー] Extended analysis of the MSSM Higgs boson production at the Photon Collider

P. Nieżurawski, A. F. Żarnecki+1 more|ArXiv.org|Jul 1, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、将来のフォトンコライダーにおけるγγ衝突を用いた重い中性Higgsボソン（A/H）生成について、MSSMにおける詳細なシミュレーションスタディを提示する。特にγγ → A,H → b̄b崩壊チャネルに注目する。MA = 200–350 GeVおよびtanβ = 7の条件下で、1年間の運転後、断面積測定の精度が8–34%に達する。これは、LHCやe⁺e⁻コライダーでは発見が困難な「LHCウェッジ」領域を探索できるフォトンコライダーの可能性を示している。

ABSTRACT

New analysis of the heavy, neutral MSSM Higgs bosons H and A production at the Photon Collider is presented for M_A = 200, 250, 300 and 350 GeV in the parameter range corresponding to the so called "LHC wedge" and beyond. The expected precision of the cross section measurement for the process gamma+gamma->A,H->b+bbar and the "discovery reach" of the Photon Collider are compared for different MSSM scenarios. The analysis takes into account all relevant theoretical and experimental issues which could affect the measurement. For MSSM Higgs bosons A and H, for M_A = 200-350 GeV and tan(beta)=7, the statistical precision of the cross-section determination is estimated to be 8-34%, after one year of Photon Collider running, for four considered MSSM parameters sets. As heavy neutral Higgs bosons in this scenario may not be discovered at LHC or at the first stage of the e+e- collider, an opportunity of being a discovery machine is also studied for the Photon Collider.

研究の動機と目的

• フォトンコライダーにおける重いMSSM Higgsボソンのγγ → A,H → b̄b断面積測定の統計的精度を評価すること。
• LHCやe⁺e⁻コライダーでは検出が困難な「LHCウェッジ」領域におけるAおよびHボソンの発見可能性を評価すること。
• さまざまなMSSMシナリオおよびtanβ値において、フォトンコライダーの発見領域をLHC（特にCMS）と比較すること。
• ラティススペクトル、ビームパラメータ、QCDバックグラウンド、および検出器分解能といった現実的な実験的・理論的要因が測定性能に与える影響を考慮すること。

提案手法

• μ、MA、tanβ、およびAファネルパラメータを変化させたMSSMパラメータセットに基づき、Pythiaを用いたモンテカルロイベント生成によるγγ → A,H → b̄b過程のシミュレーション。
• Higgsの分支比および全幅を計算するためのHDECAYの使用。超対称粒子によるループ補正を含む。
• TESLA設計を基にしたγγラティチュードスペクトルのシミュレーション。ビームエネルギー散乱、交差角、および頂点分布を含む。
• JikiaとSoldnerのNLO QCD結果を用いた重いクォーク対生成からのバックグラウンド推定。
• 実際のインバリアント質量分解能（約10 GeV）を考慮した、信号対バックグラウンド分析による統計的有意性および断面積精度の評価。
• シナリオI（tanβ=7）の結果を他のシナリオおよびtanβ値（3–20）にスケーリングし、MSSMパラメータ空間全体への外挿を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MA = 200–350 GeVおよびtanβ = 7の条件下で、フォトンコライダーにおけるγγ → A,H → b̄b断面積測定の期待される統計的精度は何か？
• RQ2 LHCやe⁺e⁻コライダーが失敗する可能性がある「LHCウェッジ」領域において、フォトンコライダーが重いMSSM Higgsボソンを発見できるか？
• RQ3 μ、MA、およびtanβといったMSSMパラメータが測定精度に与える依存関係は何か？
• RQ4 同じMSSMシナリオにおいて、フォトンコライダーの発見領域はLHCのCMS実験と比べてどの程度か？
• RQ5 フォトンコライダーは、LHCまたはILCで観測された信号を十分な精度で確認できるか？

主な発見

• MA = 200–350 GeVおよびtanβ = 7の条件下で、フォトンコライダー1年間の運転後、γγ → A,H → b̄b断面積測定の統計的精度は8–34%に達すると推定される。
• 最も高い精度（約10%）は、パラメータセットIIおよびIII（μ = -150 GeVおよびμ = -200 GeV）で達成され、MAに弱い依存性を示す。
• MA = 350 GeVの場合、測定精度が向上し、最適なシナリオでは約11%に達する。これは、より高い質量領域で優れた性能を示すことを示している。
• フォトンコライダーは、LHCの期待される発見領域より低いtanβ値でもHiggsボソンを発見可能であり、特にMA ≥ 300 GeVの領域で顕著である。
• シナリオIV（CMSが使用）では、測定精度が最も悪く、特に低tanβ領域で発見可能性が制限される。
• 本分析により、フォトンコライダーが他のコライダーが失敗する領域でAおよびHボソンの精度測定と発見を可能にすることで、「LHCウェッジ」の一部をカバーできることを確認した。