[論文レビュー] Higgs couplings and BSM physics: Run I Legacy constraints

Jean-Baptiste Flament|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、LHC第1期のデータを用いて、モデルに依存しないフレームワークで、ループ過程に起因するヒッグスボソンの結合をパラメータ化することで、標準模型を越えた物理学（BSM）を制約する手法を提示する。CMSおよびATLASの実験的信号強度を再重み付けし、特にループに新しい重い粒子を含むBSMモデルに対して、より厳しい制約を導出する。これは、レガシ解析が、特にリトル・ヒッグスおよびシンプル・リトル・ヒッグスモデルにおいて感度を向上させることを示している。

ABSTRACT

We consider the Higgs boson decay processes and its production including all Run I results, through a parametrisation tailored for testing models of new physics beyond the Standard Model, and complementary to the one used by the LHC working groups. Different formalisms allow to best address different aspects of the Higgs boson physics. The choice of a particular parametrisation depends on a non-obvious balance of quantity and quality of the available experimental data, envisaged purpose for the parametrisation and degree of model independence, importance of the radiative corrections, and scale at which new particles appear explicitly in the physical spectrum. The most refined constraints can only be obtained by the experimental collaborations at present, as information about correlation between the various uncertainties on the different decay modes is not completely available in the public domain. It is therefore important that different approaches are considered and that the most detailed information is made available to allow testing the different aspects of the Higgs boson physics and the possible hints of physics beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• ループ励起過程に敏感な、モデルに依存しないヒッグス結合のパラメータ化を提供し、直接的にBSM理論と比較可能にする。
• ATLASおよびCMSの第1期レガシデータを活用し、不確実性の相関を含めて、BSMモデルの制約を強化する。
• レガシ解析が、ループに新しい重い粒子を含むモデルにおいて、初期の予備結果よりもより厳しく、より正確な境界をもたらすことを示す。
• 理論家が、モデル特有の計算を完全に行わずに、実験データと比較できる、実用的で計算効率の良い手法を提供する。
• 詳細な実験的共分散情報の公開が、包括的フィットとモデルテストのための信頼性の高い基盤を提供することの重要性を強調する。

提案手法

• 光子およびグルーオンへのヒッグス結合のループ指向のパラメータ化を用い、木レベルの結合ではなく、有効ループ振幅に基づく定式化を行う。
• 有効ラグランジュ形式を用いて、H→γγおよびH→ggの部分幅を計算し、QCDおよび電弱補正を組み込む。
• CMSおよびATLAS第1期レガシ結果から実験的信号強度（μ）を再構築し、κパラメータを制約するためのχ²に基づく包括的フィットを実施する。
• 2つの統計的手法を実装する：1つはχ²分布に6自由度（dof）を仮定する（モデルに依存しない）、もう1つはモデルパラメータ数に一致するn dofを使用する（ウィルクスの定理に基づく）。
• 複数の崩壊チャンネルにわたる信号強度の包括的フィットを実施し、異なる最終状態間の不確実性の相関を考慮する。
• レガシ解析の結果と初期の予備結果を比較し、感度の向上と中央値のずれを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第1期レガシデータからのヒッグス結合の光子およびグルーオンへの制約は、初期の予備結果と比べてどう異なるか？
• RQ2 ループ励起ヒッグス結合のモデルに依存しないパラメータ化は、木レベルのパラメータ化と比較して、BSM物理学への感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 リトル・ヒッグス、UED、カラーオクテット、W′など、どのBSMモデルがレガシヒッグスデータによって最も強く制約を受けるか？また、改善されたデータとともに境界はどのように変化するか？
• RQ4 一部のモデル（例：カラーオクテット、UED）では、レガシ解析の結果が初期の結果よりも制約が緩くなるのはなぜか？これはこの手法の感度にどのような含意を持つのか？
• RQ5 モデルパラメータ数に一致するn自由度を用いたχ²ベースのアプローチは、6自由度近似に比べて、より厳しく信頼性の高い境界を提供できるか？

主な発見

• ATLASおよびCMSのレガシ解析は、初期の予備結果よりも、より厳しく、より正確なヒッグス結合の制約をもたらし、中央値が標準模型の予測に近づいている。
• リトル・リトル・ヒッグスおよびシンプル・リトル・ヒッグスモデルでは、n自由度仮定のもとで、95%信頼水準（C.L.）でそれぞれ580 GeVおよび690 GeV以上のW′質量が除外される。
• カラーオクテットモデルは、n自由度アプローチのもとで、スカラー質量が925 GeV以上で95% C.L.に除外されるが、レガシ結果は初期の分析よりも制約が弱い。
• UEDモデルは、n自由度仮定のもとで、KKスケールが530 GeV以上で95% C.L.に除外され、以前の結果と比較して感度が向上している。
• このパラメータ化手法は、データ品質および相関情報の向上に起因する制約のずれを的確に捉えており、BSMモデルのテストに有効であることが妥当化されている。
• 本研究は、ループ励起結合に基づくモデルに依存しないパラメータ化が、新しい重い粒子がH→γγおよびH→ggのループに寄与するBSMモデルの制約に有効であることを確認した。