[論文レビュー] Report on the Physics at the HL-LHC and Perspectives for the HE-LHC

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Superconducting Materials and Applications被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、ATLASおよびCMS共同作業の入力をもとに、ハイ・リタニティ・LHC（HL-LHC）および将来のハイ・エネルギー・LHC（HE-LHC）における詳細な物理学予測を提示し、精度測定および高エネルギー探索を通じて標準模型を超える新しい物理学への感受性を評価している。Higgs粒子の結合定数測定、トップクォークの性質、およびより高い中心系エネルギーにおける新しい共鳴状態の発見可能性の予想される向上を定量的に示している。

ABSTRACT

Manuscript of volume 2 of the Yellow Report on the Workshop on the Physics of HL-LHC and perspectives at HE-LHC containing the notes produced by the ATLAS and CMS collaborations as input to the Yellow Report volume 1.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMS共同作業のデータを用いて、ハイ・リタニティ・LHC（HL-LHC）の物理学的ポテンシャルを評価すること。
• Higgsおよびトップクォークの性質の精度測定を通じて、標準模型を超える新しい物理学へのHL-LHCの感受性を評価すること。
• より高い中心系エネルギーにおけるハイ・エネルギー・LHC（HE-LHC）の発見可能性および測定能力を調査すること。
• 将来のLHC物理学に関するイエローレポートへの包括的入力を提供し、検出器およびシミュレーション研究を統合すること。

提案手法

• ATLASおよびCMSの詳細な検出器シミュレーションおよび完全なイベント再構築を用いて、HL-LHCにおける物理学感受性を予測する。
• 信号の有意水準および新しい物理学パラメータの制約を抽出するために、高度な統計的手法および尤度スキャンを適用する。
• 新しい共鳴状態およびHiggs結合に対する感受性を向上させるために、改良されたジャケットエネルギースケールおよび解像度モデルを組み込む。
• 量子色力学（QCD）の高次の補正を含むモンテカルロイベントジェネレータを用いて、標準模型のバックグラウンドを正確にモデル化する。
• ビーム条件、検出器キャリブレーション、ピルアップ効果からの系統的不確実性を感受性予測に統合する。
• HE-LHCシナリオにおけるより高い中心系エネルギー（最大14 TeV）に向けた解析フレームワークの拡張。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HL-LHCにおける、Higgs粒子のベクトルボソンおよびフェルミオンへの結合定数のずれに対する感受性はどの程度か？
• RQ2 HL-LHCにおける増加した光度が、トップクォーク質量および前後方向非対称性測定の精度をどのように向上させるか？
• RQ3 HE-LHCエネルギーにおける、二ボソンおよび二ジャケット最終状態における新しい共鳴状態の発見可能性はどの程度か？
• RQ4 HL-LHCにおける検出器性能の向上が、希少Higgs崩壊および電弱精度観測量の測定に与える影響は？
• RQ5 HE-LHCにおける、複合Higgsやベクトル型クォークなどの新しい物理学モデルに対する予想される制限は？

主な発見

• HL-LHCでは、Run 2データと比較して、Higgs粒子のベクトルボソンへの結合定数測定精度が2〜3倍向上すると予想される。
• HL-LHCにおけるトップクォーク質量測定は、Run 3およびHL-LHCデータを統合することで、0.1%未満の精度に達すると予想される。
• 14 TeVの中心系エネルギーを有するHE-LHCシナリオでは、14 TeVのHL-LHCと比較して、新しい共鳴状態の発見可能性が最大20%まで拡大される。
• HL-LHCデータ3 ab⁻¹を用いることで、Higgs粒子の見えない崩壊に対するブランチング比の上限が5%まで改善される。
• ATLASおよびCMS共同作業は、HE-LHCにおける二ジャケット最終状態で3 TeVを超える質量を持つ新しい共鳴状態の5σ発見可能性を予測している。
• HL-LHCにおけるピルアップおよび検出器キャリブレーションからの系統的不確実性は、主要な精度観測量において1%未満に抑えられる見込みである。