[論文レビュー] Recent Developments in HiggsBounds and a Preview of HiggsSignals

P. Bechtle, Oliver Brein+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、HiggsBounds-3.8.0における最近の改良を提示する。特に、LHCおよびテバトロンのデータを用いてBSMヒッグスモデルの除外をより正確に可能にする、標準模型に類似するテストの向上に焦点を当てている。また、HiggsSignals-1.0.0を導入し、信号率および質量測定値に対するヒッグス系の予測の$χ^{2}$に基づくグローバルフィットを実行する新しいツールを提供する。このツールは、MSSMへの応用を示しており、重いCP偶性ヒッグスボソン$H$が126 GeVのLHC信号を説明でき、最良適合の$χ^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$が$(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$で達成されている。

ABSTRACT

We report on recent developments in the public computer code HiggsBounds, which confronts arbitrary Higgs sector predictions with 95% C.L. exclusion limits from Higgs searches at the LEP, Tevatron and LHC experiments. We discuss in detail the performance of the Standard Model (SM) likeness test as implemented in the latest version HiggsBounds-3.8.0, whose outcome decides whether a search for a SM Higgs boson can be applied to a model beyond the SM. Furthermore, we give a preview of features in the upcoming version HiggsBounds-4.0.0 and the new program HiggsSignals, which performs a chi-squared test of Higgs sector predictions against the signal rate and mass measurements from Higgs boson analyses at the Tevatron and LHC. This is illustrated with an example where the heavier CP-even Higgs boson of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is considered as an explanation of the LHC Higgs signal at ~126 GeV.

研究の動機と目的

• HiggsBoundsにおける標準模型に類似するテストの精緻化を通じて、BSMヒッグスモデルの除外精度を向上させること。
• HiggsBounds-4.0.0を用いて、8 TeV LHC全データセットへの適用範囲を拡大すること。
• HiggsSignals-1.0.0を新たに開発し、LHCおよびテバトロンからの信号率および質量測定値に対するヒッグス系予測のグローバル$\chi^{2}$フィットを実行するツールを提供すること。
• 126 GeVのLHCヒッグス信号がMSSMにおける重いCP偶性ヒッグスボソン$H$として解釈可能かどうかを検証すること。
• 将来のHiggsBoundsバージョンにLEPの$\chi^{2}$情報を取り入れ、実験的制約との整合性を高めること。

提案手法

• HiggsBounds-3.8.0における標準模型に類似するテストは、さまざまな信号トポロジー（例：ggf、VBF、HW、HZ、Ht\bar{t}）に対する標準模型の重みを用い、ある解析に適用可能かどうかを評価する。
• テストは、各トポロジーにおけるモデルの信号強度修正係数$\mu$と、標準模型の全信号率に寄与する期待される有効結合$c_i$を比較する。偏差は、標準模型が全信号率に与える寄与に基づいて重み付けされる。
• HiggsSignals-1.0.0は、ATLAS、CMS、DØ、CDFからの信号率および質量測定値を用いた完全な$\chi^{2}$テストを実行する。系統的不確実性の相関も含む。
• 実験でヒッグスボソンが分解できない場合の重複する信号寄与を考慮し、$\chi^{2}$計算においてレートの重ね合わせを用いる。
• コードはLEPの$\chi^{2}$制約をHiggsBounds-4.0.0に統合し、LHC以前の制約との一貫性を確保する。
• 入力はSUSYモデル用のSLHAブロックを介して提供され、ユーザー定義パラメータから有効結合および分支比が導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HiggsBoundsにおける標準模型に類似するテストは、BSMヒッグスモデルが特定の標準模型ヒッグス探索解析に適合しているかどうかを正確に同定できるか？
• RQ2 標準模型に類似するテストに標準模型の重みを組み込むことで、LHCの除外限界が非標準模型に適用可能になる範囲がどのように拡大されるか？
• RQ3 現在のデータを踏まえて、MSSMにおける重いCP偶性ヒッグスボソン$H$が126 GeVのLHCヒッグス信号をどの程度説明できるか？
• RQ4 126 GeVで信号を説明するMSSMシナリオにおけるグローバル$\chi^{2}$フィットの質はどの程度で、最良適合パラメータは何か？
• RQ5 HiggsBounds-4.0.0にLEPの$\chi^{2}$情報が統合されることで、LHC以前の制約との整合性がどの程度向上するか？

主な発見

• HiggsBounds-3.8.0における標準模型に類似するテストは、グルーオン融合のような主要チャネルが変化しない場合でも、信号トポロジーが標準模型の期待と著しく異なるモデルを的確に同定できる。
• 標準模型に類似するテストに標準模型の重みを組み込むことで、副次的チャネル（例：VBF、HW、HZ）が標準模型の信号強度から多少ずれても、解析の有効性が損なわれにくくなる。
• MSSMシナリオにおいて、重いCP偶性ヒッグスボソン$H$が126 GeVのLHC信号を説明する場合、最良適合点は$(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$で、$\chi^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$となる。
• このシナリオにおける軽いCP偶性ヒッグスボソン$h$は$Z$ボソンへの結合が減少しており、これによりLEPの除外限界を回避できる。
• 最良適合シナリオにおける電荷を帯びたヒッグスボソン$H^{\pm}$の質量は126 GeVであり、$t \to H^{+}b \to \tau^{+}\nu_{\tau}b$の分支比はATLASの除外限界に近く、より多くのデータがあれば実際に発見可能となる可能性がある。
• HiggsSignals-1.0.0は、系統的不確実性の相関を含む、複数の実験的測定値に対するヒッグス系予測の一貫性のあるグローバル$\chi^{2}$ベースの比較を可能にする。