[論文レビュー] Physics Opportunities at mu+mu- Higgs Factories

C. Blöchinger, Marcela Carena+12 more|ArXiv.org|Feb 21, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、調整可能なビームエネルギー分解能を用いることで、160 GeV未満のヒッグス粒子質量における標準模型ヒッグス粒子およびその結合定数の精密測定を可能にするミューオン衝突型ヒッグス工場の可能性を提案している。偏光ビームを用いることで、ヒッグス-フェルミオンおよびヒッグス質量混合におけるCP対称性の破れを調べられ、重いヒッグス状態（h, H, A）に調整された第二の工場により、MSSMにおける質量および結合定数の精密測定が可能となる。

ABSTRACT

We update theoretical studies of the physics opportunities presented by mu+mu- Higgs factories. Interesting measurements of the Standard Model Higgs decays into {\bar b}b, tau+tau- and WW* may be possible if the Higgs mass is less than about 160 GeV, as preferred by the precision electroweak data, the mass range being extended by varying appropriately the beam energy resolution. A suitable value of the beam energy resolution would also enable the uncertainty in the b-quark mass to be minimized, facilitating measurements of parameters in the MSSM at such a first mu+mu- Higgs factory. These measurements would be sensitive to radiative corrections to the Higgs-fermion-antifermion decay vertices, which may violate CP. Radiative corrections in the MSSM may also induce CP violation in Higgs-mass mixing, which can be probed via various asymmetries measurable using polarized mu+mu- beams. In addition, Higgs-chargino couplings may be probed at a second mu+mu- Higgs factory.

研究の動機と目的

• ミューオン対衝突型ヒッグス工場が、標準模型ヒッグス粒子の精密研究に利用可能かどうかを評価すること。
• ビームエネルギー分解能および偏光が、MSSMにおけるヒッグス結合定数およびCP対称性の破れに対する感度をどのように向上させるかを調査すること。
• 重いヒッグス状態（h, H, A）に調整された第二のヒッグス工場が、質量、結合定数、CP対称性の破れ効果を高精度で測定する可能性を評価すること。
• ヒッグスセクターの測定において、信号純度およびエネルギー分解能の観点から、e+e-線形衝突型加速器に比べてミューオン対衝突型加速器が持つ利点を比較すること。
• ヒッグス粒子の質量および幅を1 MeV未塔の精度で測定するために必要なエネルギー分解能および全 luminosity を特定すること。

提案手法

• 初期状態放射や付随粒子が存在しないクリーンな環境を提供するμ+μ−散乱によるsチャンネルヒッグス生成を用いる。
• ヒッグス崩壊のイベント率を最適化するために、可変なビームエネルギー分解能（R）を適用し、mH ≈ 160 GeVまでのb̄b、τ⁺τ⁻、WW*の最終状態に焦点を当てる。
• 前向き-後向きおよび偏光非対称性を用いて、ヒッグス-フェルミオン頂点およびヒッグス質量混合におけるCP対称性の破れ効果を偏光ミューオンビームで調べる。
• sチャンネル共鳴生成を介したヒッグス-チネイコ結合の分析を行い、MSSMパラメータへの感度はエネルギー分解能および検出器性能に依存する。
• MSSMおよび有効場理論を用いて、ヒッグス結合における放射修正およびCP対称性の破れ位相をモデル化する。
• エネルギー分解能Rの関数としての断面積および幅の誤差伝搬解析を実施し、R ≈ 0.01%で不確実性が約1%にまで低下することを示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 十分な全 luminosity およびエネルギー分解能を備えたμ+μ-ヒッグス工場が、標準模型ヒッグス粒子の質量および幅を1 MeV未塔の精度で測定可能か？
• RQ2 ビームエネルギー分解能が、b̄b、τ⁺τ⁻、WW*最終状態へのヒッグスブランチ比率測定のイベント率および精度にどのように影響するか？
• RQ3 MSSMにおけるヒッグス-フェルミオン結合頂点およびヒッグス質量混合におけるCP対称性の破れを、偏光ミューオンビームでどの程度まで探査可能か？
• RQ4 HおよびAの共鳴ピークに調整された第二のヒッグス工場が、それらの質量および結合定数を高精度で測定する感度はどの程度か？
• RQ5 MSSMにおける放射修正がヒッグス結合に与える影響は何か？また、CP対称性の破れを検出可能な観測可能な非対称性は何か？

主な発見

• エネルギー分解能R ≈ 0.01%では、ヒッグス-チネイコ結合比の相対誤差が約1%にまで低下し、MSSMパラメータの高精度決定が可能になる。
• R ≈ 0.04%では、混合状況下でヒッグス-チネイコ結合比の相対誤差が10%以上に増加し、ゲージノ状況下では約50%にまで上昇する。これは、高分解能が不可欠であることを示している。
• 115 GeVのヒッグス粒子に対して、ミューオン対衝突型加速器におけるヒッグス生成断面積ピークは約60 pbであり、350 GeVで運転するe+e−加速器の約0.14 pbよりも顕著に高い。
• 精密電弱測定からの標準模型ヒッグス粒子質量の推定値は88+53−35 GeVであり、95%信頼水準での上限は196 GeVである。これはLEP 2000実験で観測された115.6 GeVにおける過剰信号と整合的である。
• mH ≈ 120 GeVに調整された最初のミューオン衝突型加速器では、ヒッグス粒子の質量および幅を1 MeV未塔の精度で測定可能であり、μ+μ−結合定数の測定精度も約4%に達する。
• HおよびAの共鳴ピークに調整された第二のヒッグス工場では、それらの質量および結合定数を高分解能で独立して測定可能であり、MSSMヒッグスセクターにおけるCP対称性の破れの詳細な解析が可能になる。