[論文レビュー] Learning what the Higgs is mixed with

Ryan Killick, Kunal Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、2つの異なる重心系エネルギーでのe⁺e⁻衝突における二重ヒッグス粒子生成の測定を通じて、標準模型ヒッグス粒子と混合する仮説的な追加スカラー粒子の電弱量子数を決定する手法を提案する。断面積および運動学的分布の測定から抽出されたヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合および三重項ヒッグス結合への同時に感度を持つことにより、新しいスカラーの量子数の区別が可能となる。

ABSTRACT

The Standard Model Higgs boson may be mixed with another scalar that does not couple to fermions. The electroweak quantum numbers of such an additional scalar can be determined by measuring the quartic Higgs-Higgs-vector-vector couplings, which contribute---along with the coveted triple Higgs coupling---to double Higgs production in $e^+e^-$ collisions. We show that simultaneous sensitivity to the quartic Higgs-Higgs-vector-vector coupling and the triple Higgs coupling can be obtained using measurements of the double Higgs production cross section at two different e+e- center-of-mass energies. Kinematic distributions of the two Higgs bosons in the final state could provide additional discriminating power.

研究の動機と目的

• 標準模型ヒッグス粒子と混合する仮説的なスカラー粒子の電弱量子数を特定すること。
• フェルミオン結合が存在しない状況における、異なるスカラー混合状況を区別する課題に対処すること。
• 二重ヒッグス生成の測定戦略をe⁺e⁻衝突を用いて開発し、ヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合および三重項ヒッグス結合を同時に探査すること。
• 最終状態のヒッグス粒子の運動学的分布を活用して、競合するモデル間の区別能を高めること。

提案手法

• 2つの異なるe⁺e⁻重心系エネルギーでの二重ヒッグス生成断面積を測定し、ヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合および三重項ヒッグス結合への感度を抽出する。
• 断面積のエネルギー依存性を用いて、異なる結合構造からの寄与を分離する。
• 最終状態の2つのヒッグス粒子の運動学的分布を分析し、新しいスカラーの量子数に関する追加の情報を抽出する。
• 異なる仮定に基づく新しいスカラーの量子数に対する理論的予測を、断面積および運動学的形状の両面で比較する。
• 追加スカラーがフェルミオンと結合しない状況を想定し、その電弱量子数に焦点を当ててこの手法を適用する。
• 三重ヒッグス結合とヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合の相乗効果を、新しいスカラーの性質の探査手段として活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミオンと結合しないスカラーがヒッグスと混合する場合、e⁺e⁻衝突データを用いてその電弱量子数を特定できるか？
• RQ2 2つの異なるエネルギーでの二重ヒッグス生成断面積がヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合にどの程度感度を持つか？
• RQ3 最終状態の2つのヒッグス粒子の運動学的分布は、異なるスカラー混合状況の区別にどのように寄与するか？
• RQ4 e⁺e⁻衝突において、三重ヒッグス結合とヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合をどの程度同時に探査できるか？
• RQ5 断面積のエネルギー依存性は、新しいスカラーの量子数同定にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 2つの異なるe⁺e⁻重心系エネルギーでの二重ヒッグス生成測定により、ヒッグス-ヒッグス-ベクトル-ベクトルの四重項結合および三重項ヒッグス結合への同時に感度を達成できる。
• 断面積のエネルギー依存性が、異なる結合構造からの寄与を分離するための独自の手段を提供する。
• 最終状態の2つのヒッグス粒子の運動学的分布が、新しいスカラーの量子数同定に追加の区別能をもたらす。
• この手法は、追加スカラーがフェルミオンと結合しない場合でも有効であり、その電弱量子数に焦点を当てる。
• 断面積および運動学的測定の精度を活かして、モデルに依存しない形で新しいスカラーの量子数を同定可能である。
• 断面積データと運動学的データの組み合わせにより、競合するスカラー混合状況の区別能力が著しく向上する。