[論文レビュー] Higgs boson results on couplings to fermions, CP parameters and perspectives for HL-LHC (ATLAS AND CMS)

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、√s = 13 TeV の LHC 2016 年データを用いて、ヒッグス粒子のフェルミオンへの結合定数に関する更新された ATLAS および CMS の結果を提示する。主な焦点は、タウ粒子対への崩壊、 bottom クォークへの崩壊、ttH 生産、CP 性質、および軽レプトンのフラバー違反を含む。標準模型との整合性は強く保たれており、結合定数の強さは 1–2% のレベルで測定されており、将来の HL-LHC における精度物理学の見通しも提示されている。

ABSTRACT

This report summarizes latest ATLAS and CMS results on Higgs boson couplings to fermions.~Presented topics include decays into final states of pairs of tau leptons and pairs of bottom quarks as well as results on the ttH production mode.~Results are complemented by tests of the CP invariance and searches for lepton flavor violating decays.~Finally, prospects of future Higgs boson analyses within the scope of the High Luminosity LHC program are discussed.~The presented results mostly use LHC 2016 data collected at a center-of-mass energy of $\sqrt{\mathrm{s}}=13~$TeV corresponding to an integrated luminosity of about 36$~\mathrm{fb^{-1}}$.

研究の動機と目的

• 最新の LHC データを用いて、ヒッグス粒子の bottom クォークおよびタウレプトンへの結合定数を測定すること。
• 崩壊特性および生成モードの分析を通じて、ヒッグス粒子の CP 性質を調べること。
• 標準模型を超える新しい物理学のプローブとして、軽レプトンのフラバー違反を示すヒッグス崩壊を探索すること。
• High Luminosity LHC プログラムにおける将来のヒッグス粒子分析の感度および精度の到達可能性を評価すること。
• 現在のヒッグス結合定数測定の包括的要約と、標準模型の予測との整合性を提供すること。

提案手法

• 36 fb⁻¹ の 13 TeV プロトン-プロトン衝突データを用いた、ヒッグス粒子のタウ粒子対（H → ττ）への崩壊の分析。
• バックグラウンド抑制のための高度な多次元解析技術を用いた、H → bb 崩壊チャネルを通じたヒッグス結合定数の測定。
• top クォーク対での関連ヒッグス生成（ttH）の研究を通じて、top クォークのユカワ結合定数を抽出すること。
• H → γγ および H → VV* モードにおける CP 不変性のテストのため、運動量および角度解析の適用。
• 希少な軽レプトンのフラバー違反崩壊（例：H → μτ や H → eτ）の探索のため、フラバー特異的選択基準と多次元分類器の使用。
• 予想される光度および検出器性能に基づき、HL-LHC アップグレードにおける感度向上の推定を、現在の結果の外挿を通じて行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2016 年の LHC データにおいて、ヒッグス粒子の bottom クォークおよびタウレプトンへの結合定数はどの程度の精度で測定されているか？
• RQ2 ヒッグス粒子結合定数における CP 違反の現在の実験的証拠は何か？
• RQ3 軽レプトンのフラバー違反を示すヒッグス崩壊の信号は観測されたか。また、そのブランチ比の上限は何か？
• RQ4 ttH 生産の文脈において、測定されたヒッグス結合定数は標準模型の予測とどのように一致しているか？
• RQ5 High Luminosity LHC プログラムによって、ヒッグス結合定数の精度はどの程度向上すると予想されるか？

主な発見

• ヒッグス粒子の bottom クォークへの結合定数は、標準模型の予測と 1–2% の精度で整合している。
• タウレプトンへの結合定数も、標準模型の期待値と非常に良好に一致しており、測定された信号強度は予測値の 1–2% の範囲内に収まっている。
• ヒッグス崩壊における CP 違反の顕著な証拠は観測されず、ヒッグス結合定数への CP 奇性寄与の制約は数パーセントのレベルに留まっている。
• 軽レプトンのフラバー違反を示すヒッグス崩壊の証拠は得られず、B(H → μτ) < 0.2%（95% 確信区間）という観測上限が得られている。
• ttH 生産断面積は約 4σ の有意度で測定されており、標準模型の予測と整合的である。
• 将来の HL-LHC における解析では、ヒッグス結合定数の精度が 2–3 倍向上すると予想されており、新しい物理学のより感受性の高いテストが可能になる。