[論文レビュー] Higgs Boson Discovery and Properties

John F. Gunion, L. Poggioli+1 more|ArXiv.org|Mar 14, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 17

ひとこと要約

この論文は、2 TeV pp衝突機におけるW→ℓνbb̄およびZ→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄崩壊モードにおける標準模型ヒッグス粒子の発見可能性を評価している。高度なbタギング技術と角度によるカットを用いて、統合された光度が24.5 fb⁻¹および30 fb⁻¹の場合、120–130 GeVの質量を持つヒッグス粒子の発見が可能であることを示しており、Z→bb̄モードでは信号対背景比が顕著に高い。

ABSTRACT

We outline issues examined and progress made by the Light Higgs Snowmass 1996 working group regarding discovering Higgs bosons and measuring their detailed properties. We focused primarily on what could be learned at LEP2, the Tevatron (after upgrade), the LHC, a next linear $\epem$ collider and a $\mupmum$ collider.

研究の動機と目的

• 2 TeV pp衝突機におけるW→ℓνbb̄およびZ→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄崩壊モードにおける標準模型ヒッグス粒子の発見可能性を評価すること。
• 高度なbタギング技術と運動量カットを適用することで、ヒッグス粒子への感度を向上させること。
• 4つのbジェットを持つZ→bb̄最終状態におけるヒッグス粒子の検出可能性を検討すること。
• 130 GeVまでの質量を持つヒッグス粒子の発見に必要な光度を特定すること。
• WおよびZ崩壊モードにおける信号対背景比の統計的有意性の推定値を提示すること。

提案手法

• CDFのソフトレプトンbタギング、ローレンス二次バーテックスbタギング、および標準的二次バーテックスbタギングを用いてbジェットの識別を強化する。
• W-ヒッグス中心系フレームにおけるヒッグス散乱角θの|cos(θ)| < 0.8を要件とする運動量カットを適用する。
• 識別された2つのbジェットのインバリアント質量を再構築し、ヒッグス崩壊を同定する。
• Z→bb̄モードにおける発見可能性を評価する指標として、信号対背景（S/B）比を用いる。
• さまざまなヒッグス質量（60–120 GeV）と光度の下で、信号および背景イベントのシミュレーションと解析を実施する。
• CDFおよびD0実験の結果を統合し、ヒッグス粒子の発見範囲をmhSM = 130 GeVまで拡張する予測を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2 TeVの衝突機において、W→ℓνbb̄およびZ→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄崩壊モードで質量60–120 GeVのSMヒッグス粒子を発見するのに必要な最小統合光度はどれくらいか？
• RQ2 追加のbタギング技術と角度カットは、ヒッグス発見における信号対背景比をどのように向上させるか？
• RQ3 Z→bb̄最終状態は、W→ℓνbb̄モードにおけるヒッグス粒子の発見をどの程度支援できるか？
• RQ4 WおよびZ崩壊モードにおいて、30 fb⁻¹の統合光度で探査可能な最大ヒッグス質量は何か？
• RQ5 CDFおよびD0実験のデータを統合することで、ヒッグス粒子の発見範囲はどの程度拡張されるか？

主な発見

• mhSM = 60 GeVの場合、W→ℓνbb̄モードで3.5 fb⁻¹の統合光度があれば発見が可能である。
• mhSM = 80 GeVの場合、W→ℓνbb̄モードで5.5 fb⁻¹の光度で十分な発見が可能である。
• mhSM = 100 GeVの場合、W→ℓνbb̄モードで11 fb⁻¹の光度が必要となる。
• mhSM = 120 GeVの場合、W→ℓνbb̄モードで24.5 fb⁻¹の光度が必要となる。
• 30 fb⁻¹の光度があれば、W→ℓνbb̄モードでは125 GeVまでのヒッグス質量を探査可能となる。
• Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄モードでは、30 fb⁻¹の光度でヒッグス質量が90、100、110、120 GeVのそれぞれに対してS/B比が4.3、3.8、3.5、2.5に達する。