[論文レビュー] Extra Dimensions and the Universal Suppression of Higgs Boson Observables at High Energy Colliders

James D. Wells|arXiv (Cornell University)|May 29, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ヒッグス粒子の非常に狭い幅とフェルミオン質量階層を考慮すると、低スケールの追加次元が高エネルギー加速器におけるヒッグス粒子生成率を普遍的に抑制するメカニズムを調査する。この研究では、トレーランとLHCが微小な普遍的抑制を検出するのには困難を伴う一方で、高エネルギーe⁺e⁻衝突機はこうした効果を効果的にプローブできることを示しており、標準模型を超える新しい物理の独自の感度を提供する。

ABSTRACT

Precision electroweak data suggests the existence of a light Standard Model Higgs boson. Its width is very narrow by an accident of the fermion mass hierarchies, and so slight perturbations to the theory induce dramatic changes in the phenomenology of direct Higgs boson production. Several theory ideas motivated by low-scale extra dimensions lead to a universal rate suppression of Higgs boson observables. The Tevatron and LHC will have difficulty accruing compelling evidence for small universal suppression of rate observables, and even more difficulty discerning the underlying cause. A high energy e + e − collider would have relatively little trouble. The narrow Higgs boson The most effective searches to date for the Higgs boson in the Standard Model (SM) come from e + e − → hSMZ experiments at LEPII. They have put a 95 % C.L. numerical limit on the Higgs boson mass of mhSM> 114.1 GeV [1]. Meanwhile, precision electroweak analyses based mostly on LEP, SLD and Tevatron data have put indirect limits on the SM Higgs boson mass [2]: log

研究の動機と目的

• 低スケールの追加次元がヒッグス粒子観測量に与える効果的結果を調査すること。
• ヒッグス粒子の狭い幅が理論的微小摂動の感度をどのように拡大するかを分析すること。
• トレーラン、LHC、および将来のe⁺e⁻衝突機におけるヒッグス生成率の普遍的抑制の検出可能性を評価すること。
• ハドロン衝突機と比較して、e⁺e⁻衝突機が普遍的抑制効果をプローブする上で持つ相対的利点を特定すること。

提案手法

• 精密電弱データを用いて、標準模型ヒッグス粒子質量に対する制約を導出すること。
• 低スケールの追加次元がヒッグスカップリングおよび崩壊幅に与える影響をモデル化すること。
• 追加次元によるヒッグス系の修正に起因する普遍的生成率抑制の枠組みを適用すること。
• 特にe⁺e⁻衝突機とハドロン衝突機を対象として、ヒッグス生成率の微小な普遍的抑制に対するさまざまな衝突環境の感度を評価すること。
• ヒッグス粒子の狭い幅を活用して、微小な理論的摂動の現象論的効果を拡大すること。
• 信号率の期待値と統計的有意水準を衝突機間で比較し、普遍的抑制の検出可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低スケールの追加次元は、高エネルギー衝突においてヒッグス粒子生成率をどのように普遍的に抑制するのか？
• RQ2 なぜヒッグス粒子の狭い幅が微小な理論的摂動の現象論的影響を拡大する上で重要なのか？
• RQ3 ハドロン環境にあるトレーランとLHCにおいて、普遍的生成率抑制の検出可能性はどの程度か？
• RQ4 高エネルギーe⁺e⁻衝突機は、ハドロン衝突機と比較してどのように普遍的抑制効果に対して優れた感度を示すのか？
• RQ5 精密電弱データとLEPIIにおける直接的ヒッグス探索は、普遍的抑制のパラメータ空間をどのように制約するか？

主な発見

• 低スケールの追加次元は、ヒッグス系の修正に起因して、ヒッグス粒子生成率の普遍的抑制を引き起こす。
• ヒッグス粒子の狭い幅のおかげで、その現象論的性質は微小摂動に対して極めて敏感となり、観測可能な効果が拡大される。
• トレーランとLHCは、ヒッグス生成率の微小な普遍的抑制を裏付ける明確な証拠を蓄積する上で顕著な困難に直面する。
• ハドロン衝突機では、こうした抑制の背後にある原因を区別するのにもさらに困難が伴う。
• 高エネルギーe⁺e⁻衝突機は、普遍的抑制効果を検出する上で著しく優れた感度を示すことが示された。
• LEPIIにおける直接探索により、ヒッグス粒子質量の95%信頼区間下限が114.1 GeVに設定された。