[論文レビュー] Phenomenology of the minimal $B-L$ Model: the Higgs sector at the Large Hadron Collider and future Linear Colliders

Giovanni Marco Pruna|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準模型の最小B-Lゲージ拡張におけるヒッグス系を調査し、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）および将来の線形衝突型加速器におけるその物性的性質を分析している。特徴的なヒッグス粒子の崩壊モード、例えば異常な崩壊や追加のヒッグス状態を同定し、許容可能なパラメータ空間をマッピングすることで、高エネルギー衝突型加速器における精度測定および希少崩壊モードを通じて、このモデルが探査可能であることを示している。

ABSTRACT

This Thesis is devoted to the study of the phenomenology of the Higgs sector of the minimal $B-L$ extension of the Standard Model at present and future colliders. Firstly, the motivations that call for the minimal $B-L$ extension are summarised. In addition, the model is analysed in its salient parts. Moreover, a detailed review of the phenomenological allowed Higgs sector parameter space is given. Finally, a complete survey of the distinctive Higgs boson signatures of the model at both the Large Hadron Collider and the future linear colliders is presented.

研究の動機と目的

• ゲージ結合定数の統一およびニュートリノ質量生成に動機づけられた、標準模型の最小B-L拡張の物性的妥当性を分析すること。
• LHCヒッグスデータおよび電弱精度観測量を含む現在の実験的制約のもとで、ヒッグス系の許容可能なパラメータ空間をマッピングすること。
• 標準模型とは区別できる、特徴的なヒッグス粒子のシグネチャ——例えば、見えない崩壊、中性スカラーへの異常な崩壊、共鳴的生成——を同定すること。
• 特に精度ヒッグス物理学の文脈において、大型ハドロン衝突型加速器および将来の線形衝突型加速器におけるこのモデルの発見可能性を評価すること。
• 将来の加速器が、高出力および高エネルギー測定を通じて、B-Lゲージボソンおよび追加のヒッグス状態をどのように探査できるかを包括的に調査すること。

提案手法

• U(1)_B-Lゲージ対称性と複素スカラー単位を導入する最小B-Lモデルを採用し、対称性の破れによって中性ヒッグス状態と質量を持つB-Lゲージボソンが生成されることを示す。
• ゲージ結合定数の統一および拡張されたスカラー系におけるヒッグスポテンシャルの安定性を評価するために、微分方程式の縮約を適用する。
• モンテカルロシミュレーションおよびイベント再構成技術を用いて、ヒッグス生成および崩壊モード（見えない崩壊や異常な崩壊を含む）をモデル化する。
• LHCヒッグス信号強度、ヒッグスの見えない分岐比、および重いヒッグスおよびZ'ボソンの直接探索結果からの実験的制約を適用する。
• 将来の線形衝突型加速器（例：ILC、CLIC）が、ヒッグスカップリングの精度測定および希少崩壊モードへの感受性を通じて、このモデルのヒッグス系をどの程度探査できるかを評価する。
• 共鳴的生成による重いヒッグス状態や、ずれた頂点の生成といった特徴的な衝突型加速器シグネチャを有する領域を特定するため、パラメータ空間におけるベンチマークシナリオを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のLHCデータおよび電弱精度観測量と整合する、最小B-Lモデルのヒッグス系における妥当なパラメータ領域は何か？
• RQ2 特に見えない崩壊や異常な崩壊のような、LHCおよび将来の線形衝突型加速器におけるB-Lモデルの特徴的なヒッグス粒子崩壊モードは何か？
• RQ3 将来の線形衝突型加速器は、LHCの探査範囲を超えて、B-Lゲージボソンおよび追加のヒッグス状態をどの程度高い感受性で探査できるか？
• RQ4 このモデルのヒッグス系が、ゲージ結合定数の統一および真空安定性に与える影響は何か？
• RQ5 追加のヒッグス状態が、共鳴的生成やずれた崩壊シグネチャを生じるパラメータ空間のどの領域で、将来の加速器で検出可能になるか？

主な発見

• 最小B-Lモデルは、重いヒッグス粒子およびB-Lゲージボソンを含む拡張されたスカラー系を持つ妥当なヒッグス系を許容しており、LHCヒッグス信号強度と整合している。
• ダークマターに類似した状態へのヒッグス粒子の見えない崩壊は、パラメータ空間の特定の領域で数パーセントに達する分岐比を示す、重要なシグネチャである。
• h → Z'Z' や h → SS（スカラー対）のような異常な崩壊は可能であり、高出力の将来の線形衝突型加速器で検出可能である可能性がある。
• このモデルは、数TeVに達する範囲で、二レプトンまたは二ジェット最終状態における共鳴的生成を通じて、重いZ'ゲージボソンを発見可能であると予測している。
• 線形衝突型加速器における精度測定により、標準模型ヒッグスと追加のヒッグス状態との混合が、特にZ' → SS または Z' → hh 崩壊モードにおいて探査可能である。
• B-L対称性の破れスケールが大きく、混合角が小さいパラメータ領域では、真空の安定性が保たれ、現在の制約と整合している一方で、将来の施設での発見が可能である。