[論文レビュー] Prospects for double Higgs production

Giuliano Panico|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、LHC、将来のハドロン衝突機（FCC-100など）、レプトン衝突機（ILC、CLIC）における二重ヒッグス粒子生成の観測可能性をレビューし、有効場理論を用いてヒッグス粒子の三重項自己結合および四重項結合をどのように探査できるかを分析している。本研究では、将来の高エネルギー衝突機が、特に$c_{2V}$に関して、10%未満の精度で主要なヒッグス結合を測定可能であることを示しており、これは標準模型を越えた電弱対称性の spontaneously破れのメカニズムに対する感受性の高いテストを可能にする。

ABSTRACT

A concise review of the double Higgs production channel at the LHC and at future hadron and lepton machines is presented.

研究の動機と目的

• LHCおよび将来のハドロン・レプトン衝突機における二重ヒッグス生成の測定可能性を評価すること。
• 二重ヒッグス生成が、ヒッグス粒子の三重項自己結合およびベクトルボソン、トップクォークとの中間結合に与える感受性を評価すること。
• 有効場理論のパrametrizationを用いて、異なる衝突機のシナリオにおける精度を比較すること。
• 二重ヒッグス事象から新しい物理の信号を抽出するための最適な最終状態および運動学的分布を特定すること。

提案手法

• ヒッグス結合における新しい物理の効果をパラメータ化するために、線形および非線形の有効場理論ラグランジアンを用いる。
• SILHのパワー・カウンティングを用いて、高次元オペレーターをエネルギースケール$m_*^{-2}$およびヒッグス場の抑制$\frac{v}{f}$の観点から整理する。
• 主な生成チャンネルとして、グルーオン融合、ベクトルボソン融合、およびハドロン衝突機における$tthh$を分析する。
• 信号再構築のための主要な最終状態、例えば$hh \to \gamma\gamma b\bar{b}$、$hh \to 4b$、$hh \to b\bar{b}\tau^+\tau^-$に焦点を当てる。
• モンテカルロシミュレーションと統計解析を実施し、結合定数のずれに関する68%信頼区間の不確実性を推定する。
• ベンチマークのライブネスおよびセンター・オブ・マスエネルギーを用いて、異なる衝突機タイプ間での精度を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCおよび将来の100 TeVハドロン衝突機におけるヒッグス三重項自己結合$\overline{c}_6$の期待感受性はどの程度か？
• RQ2 ベクトルボソンへのヒッグス結合のずれ（$c_V$, $c_{2V}$）は、ベクトルボソン融合過程における$m_{hh}$分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ILCやCLICなどの将来のレプトン衝突機におけるヒッグス三重項結合$c_3$の測定精度はどの程度か？
• RQ4 トップヤコビ・結合$\overline{c}_u$の不確実性は、$\overline{c}_6$の抽出にどのように影響を与えるか？
• RQ5 高エネルギーでの$m_{hh}$分布を用いて、異なる有効場理論係数を区別できるか？

主な発見

• 100 TeVのハドロン衝突機で$3\ \mathrm{ab}^{-1}$のライブネスを想定した場合、ヒッグス三重項結合$\overline{c}_6$の精度は68%信頼区間で$\Delta\overline{c}_6 \simeq 0.29$と推定される。
• $c_{2V}$結合に関しては、FCC-100で68%信頼区間で$\Delta c_{2V} \simeq 0.03$の精度が達成可能であり、LHCに比べて顕著に向上する。
• ILCで1 TeV、$1\ \mathrm{ab}^{-1}$の条件では$c_3$の精度が$\Delta c_3 \simeq 28\%$に達するが、CLICで3 TeVのエネルギーを用いることで$\Delta c_3 \simeq 12\%$に改善される。
• $c_{2V}$結合は高$m_{hh}$領域で最も感受性が高く、CLICでは3 TeVで$\Delta c_{2V} \simeq 3\%$の精度が達成され、ベクトルボソン自己結合のずれに対する感受性が非常に高いことが示された。
• $\overline{c}_6$の精度は$\overline{c}_u$の不確実性に制限を受ける。$\Delta\overline{c}_u \simeq 0.05$のとき、FCC-100における$\overline{c}_6$の不確実性は$\Delta\overline{c}_6 \simeq 0.29$であるが、$\overline{c}_u$が正確に分かっていると仮定すれば、$\Delta\overline{c}_6 \simeq 0.18$に改善される。
• $hh \to \gamma\gamma b\bar{b}$最終状態は、クリアなシグネチャと低バックグラウンドのため、ハドロン衝突機において最も有望である。一方、$hh \to 4b$はVBFチャンネルの解析において鍵となる。