[論文レビュー] LHC prospects in searches for neutral scalars in pp o\gamma\gamma+jet: SM Higgs boson, radion, sgoldstino

S. V. Demidov, Dmitry Gorbunov|arXiv (Cornell University)|May 21, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、標準模型のヒッグス粒子、ラディオン、sgoldstinoといった中性スカラー粒子の検出可能性を、LHCにおける$\gamma\gamma+jet$最終状態を用いて評価する。NLO QCD計算と最適化された運動量カットを用いることで、背景に対する信号比が著しく向上し、新物理探索において、包括的$\gamma\gamma$チャンネルと同等の性能を示すことが示された。

ABSTRACT

At hadron colliders the $\gamma\gamma+jet$ channel provides larger signal-to-background ratio in comparison with inclusive $\gamma\gamma$ channel in hunting for scalars uncharged under the SM gauge group. At NLO in QCD perturbation theory we evaluate selfconsistently the signal significance for the SM Higgs boson production in $\gamma\gamma+jet$ channel at LHC. Three-body final state kinematics allows for refined cuts. The adjustment of these cuts increases the signal significance upto the level of inclusive channel. Applying a justified simple rescaling procedure to the results obtained for SM Higgs boson, we estimate the LHC prospects in searches for radion and sgoldstino in $\gamma\gamma+jet$ channel. We have found that this channel is comparable with $\gamma\gamma$ channel in searches for new physics and deserves further detailed investigations.

研究の動機と目的

• 中性スカラー探索における$\gamma\gamma+jet$チャンネルと包括的$\gamma\gamma$チャンネルとの間で、信号対背景比の改善を評価すること。
• 標準模型のヒッグス粒子が$\gamma\gamma+jet$チャンネルで生成される際の信号の有意性を、QCD摂動論のNLOで評価すること。
• ラディオンやsgoldstinoのような新しい物理粒子の感度を推定するために、標準模型のヒッグス粒子の結果に簡易的なスケーリング手順を適用すること。
• $\gamma\gamma+jet$チャンネルが、LHCにおける新物理発見の観点から、包括的$\gamma\gamma$チャンネルと比較して実用的で競争力のある代替手段であるかどうかを特定すること。

提案手法

• 標準模型のヒッグス粒子が$\gamma\gamma+jet$最終状態で生成される際の次-leading order (NLO) QCD計算を実施する。
• 三体最終状態の運動論的性質を用いて、信号の有意性を高めるための洗練された実験的カットを設計する。
• 信号対背景比を最大化するようにカットを最適化し、結果として包括的$\gamma\gamma$チャンネルと同等の性能を達成する。
• 標準模型のヒッグス粒子の結果に基づいて正当化された単純なスケーリング手順を用い、ラディオンやsgoldstinoのような仮想粒子の感度を外挿する。
• 新物理のシナリオにおいて、$\gamma\gamma+jet$チャンネルの信号の有意性を、標準的な$\gamma\gamma$チャンネルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\gamma\gamma+jet$チャンネルが、中性スカラー探索において包括的$\gamma\gamma$チャンネルと同等の信号対背景比を達成できるか。
• RQ2 NLO QCD補正が、$\gamma\gamma+jet$最終状態における標準模型のヒッグス粒子の信号の有意性にどのように影響するか。
• RQ3 三体最終状態における最適化された運動論的カットが、$\gamma\gamma+jet$チャンネルの信号の有意性をどの程度向上させるか。
• RQ4 標準模型のヒッグス粒子の$\gamma\gamma+jet$チャンネルにおける信号の有意性が、ラディオンやsgoldstinoのような他の中性スカラーにどの程度スケーリング可能か。
• RQ5 $\gamma\gamma+jet$チャンネルが、LHCにおける新物理探索において、標準的な$\gamma\gamma$チャンネルと比較して実用的で競争力のある選択肢であるか。

主な発見

• 洗練された運動論的カットのおかげで、$\gamma\gamma+jet$チャンネルは包括的$\gamma\gamma$チャンネルと比較して、著しく改善された信号対背景比を示す。
• 最適化されたカットを用いることで、$\gamma\gamma+jet$チャンネルにおける信号の有意性は、包括的$\gamma\gamma$チャンネルと同等の水準に達する。
• NLO QCD計算により、$\gamma\gamma+jet$最終状態における標準模型のヒッグス粒子の信号の有意性の自己整合的評価が確認された。
• 標準模型のヒッグス粒子の結果に適用したスケーリング手順により、ラディオンやsgoldstinoのような新物理粒子の感度推定が信頼性を持って可能となった。
• 本研究の結論として、$\gamma\gamma+jet$チャンネルは新物理探索において$\gamma\gamma$チャンネルと同等の感度を有しており、今後の詳細な検討が価値あるものであると結論づけた。