[論文レビュー] Physics at a 100 TeV pp collider: Higgs and EW symmetry breaking studies

Roberto Contino, David Curtin+73 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 211被引用数 71

ひとこと要約

本論文は、100 TeVプロトン-プロトン衝突機におけるヒッグス粒子および電弱対称性の spontaneously broken 構造の物理学的可能性を調査する。高精度なヒッグス結合、自己結合、異常結合の測定を提案し、高度なシミュレーションおよび解析手法を用いて、この衝突機が10 TeVスケールの新しい物理学を高い有意水準で探査可能であることを示している。

ABSTRACT

This report summarises the physics opportunities for the study of Higgs bosons and the dynamics of electroweak symmetry breaking at the 100 TeV pp collider.

研究の動機と目的

• 100 TeV pp衝突機におけるヒッグス粒子の発見可能性および高精度測定の評価。
• 高エネルギー散乱過程を通じた電弱対称性の spontaneously broken 動力学の研究。
• ヒッグス自己結合および異常結合を通じた標準模型を超える新しい物理学への感受性の評価。
• 希少ヒッグス崩壊モードおよび新しい共鳴状態を検出するための最適化された解析戦略の開発。
• 10 TeVスケールまでの新しい物理学のスケールを高い有意水準で探査できる能力の定量化。

提案手法

• √s = 100 TeVにおけるpp衝突のモンテカルロシミュレーションを、フルデバイスモデルおよびパートンシャワリングを含めて実施。
• ヒッグス粒子のbクォークおよび光子への崩壊を特定するため、高度なジェットサブストラクチャおよびbタギング技術を適用。
• 有効場理論（EFT）フレームワークを用いて、ヒッグス結合および自己結合のずれの解釈を実施。
• 生産および崩壊チャンネルの組み合わせを用いた、ヒッグス信号強度および異常結合のグローバルフィットを実施。
• 再帰的クラスタリングおよび行列要素法を用いて、希少ヒッグス崩壊および新しい物理学共鳴状態の感度を向上。
• 漸近的公式およびトイモンテカルロ研究を用いて、新しい物理学信号の統計的有意水準を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100 TeV pp衝突機は、標準模型の予測からのヒッグス粒子結合のずれに対してどの程度感受性を有するか？
• RQ2 ヒッグス自己結合はどの程度の精度で測定可能であり、どの新しい物理学スケールを探査可能か？
• RQ3 ベクトルボソン融合および関連生成において、異常な三重ゲージボソン結合を検出できる感度はいかほどか？
• RQ4 ヒッグス粒子のトップクォークおよびボトムクォークへの結合を1%未塔の精度で解明できるか？
• RQ5 ヒッグス系における新しい共鳴状態または強い結合ダイナミクスを発見できる可能性はどの程度か？

主な発見

• 100 TeV pp衝突機は、フェルミオンおよびベクトルボソンへのヒッグス粒子結合を1%未塔の精度で測定可能であり、LHCに比べて顕著に向上する。
• 10 ab⁻¹の統合したレアライゼーション量で、相対誤差約10%の精度でヒッグス自己結合が3σの有意水準で測定可能である。
• ヒッグス結合および異常三重ゲージ結合のずれを通じて、10 TeVスケールまでの新しい物理学の探査が可能である。
• ヒッグス粒子の見えない状態やモノジェット最終状態への崩壊に対する感受性は、LHCに比べて10～100倍向上する。
• ヒッグス対生成チャンネルにおける新しい共鳴状態の発見可能範囲は、1 TeVを超える質量領域まで高有意水準で延びる。
• 高度なジェットサブストラクチャおよび多次元解析技術により、希少ヒッグス崩壊モードの信号対背景比が2倍以上向上する。