[論文レビュー] Resonant CP Violation in Higgsstrahlung at an e^+e^- Linear Collider

John Ellis, Jae Sik Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、MSSMにおけるHiggsstrahlungの共鳴的CP対称性破れをe⁺e⁻線形衝突装置で検証し、反動質量再構成法とタウレプトンのスピン配向不均衡を用いてCP対称性破れ位相を探索する。100 fb⁻¹の積分流量条件下で、ほぼ縮退し強く混合された中性Higgs状態を有する三重混合系において、電気双極子モーメントの制約を受けても、CP不均衡が最大80%に達することが示された。

ABSTRACT

We study resonant CP violation in the Higgsstrahlung process e^+e^- -> H_{1,2,3} (Z -> e^+e^-, \\mu^+\\mu^-) and subsequent decays H_{1,2,3} -> b \\bar{b}, \ au^-\ au^+, in the MSSM with Higgs-sector CP violation induced by radiative corrections. At a high-energy e^+e^- linear collider, the recoil-mass method enables one to determine the invariant mass of a fermion pair produced by Higgs decays with a precision as good as 1 GeV. Assuming an integrated luminosity of 100/fb, we show that the production lineshape of a coupled system of neutral Higgs bosons decaying into b\\bar{b} quarks is sensitive to the CP-violating parameters. When the Higgs bosons decay into \ au^-\ au^+, two CP asymmetries can be defined using the longitudinal and transverse polarizations of the tau leptons. Taking into account the constraints from electric dipole moments, we find that these CP asymmetries can be as large as 80 %, in a tri-mixing scenario where all three neutral Higgs states of the MSSM are nearly degenerate and mix significantly.

研究の動機と目的

• MSSM Higgs系におけるCP対称性破れパラメータへのHiggsstrahlung過程の感受性を調査すること。
• 特にほぼ縮退した中性Higgsボソンを有する系において、量子揺らぎ補正がHiggs系にどのようにCP対称性破れを引き起こすかを検討すること。
• e⁺e⁻線形衝突装置が、Higgs崩壊線形スペクトルおよびタウレプトンのスピン配向の高精度測定を用いてCP対称性破れを検出できる可能性を評価すること。
• 電気双極子モーメントの制約が、Higgs系における観測可能なCP不均衡に与える影響を評価すること。
• 顕著なHiggs混合とほぼ縮退性を有する三重混合系において、達成可能な最大CP不均衡を特定すること。

提案手法

• 約1 GeVの精度で、Higgs崩壊からのフェルミオン対のインバリアント質量を再構成する反動質量法を用いる。
• Higgsstrahlung過程 e⁺e⁻ → H₁₂₃ (Z → ℓ⁺ℓ⁻) に続く H₁₂₃ → b̄b, τ⁺τ⁻ を解析し、CP対称性破れ効果を調査する。
• Higgs崩壊における最終状態タウレプトンの縦方向および横方向スピン配向に基づいて、2つのCP不均衡を定義する。
• CP対称性破れのための妥当なパrameter空間を制限するために、電気双極子モーメント測定からの制約を適用する。
• すべての3つの中性Higgs状態がほぼ縮退し強く混合される三重混合系におけるHiggs線形スペクトルの詳細なシミュレーションを実施する。
• CP対称性破れ位相への観測量の感受性を推定するために、100 fb⁻¹の積分流量を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反動質量法は、MSSMにおける、1 GeV未塔の精度で、結合した中性Higgsボソン系の線形スペクトルを解像可能か？
• RQ2 Higgs崩壊におけるタウレプトンのスピン配向不均衡を用いて、Higgs系におけるCP対称性破れ位相をどの程度まで探査可能か？
• RQ3 電気双極子モーメントの制約を受ける条件下で、三重混合MSSM系における最大の観測可能なCP不均衡は何か？
• RQ4 Higgsボソンの混合およびほぼ縮退性は、Higgsstrahlung過程におけるCP対称性破れの感受性にどのように影響するか？
• RQ5 e⁺e⁻線形衝突装置は、タウレプトンのスピン配向測定のみを用いて、Higgs系におけるCP対称性破れ効果を区別できるか？

主な発見

• 反動質量法により、Higgs崩壊生成物のインバリアント質量を約1 GeVの精度で再構成可能であり、重なり合うHiggs状態を解像する上で不可欠である。
• ほぼ縮退し強く混合された中性Higgsボソンを有する三重混合系では、CP不均衡が最大80%に達する。
• CP不均衡は、最終状態タウレプトンの縦方向および横方向スピン配向に基づいて定義され、2つの独立な観測量を提供する。
• 電気双極子モーメントの制約は、パラメータ空間を顕著に制限するが、それでも三重混合領域では大きなCP不均衡が可能である。
• 100 fb⁻¹の積分流量条件下で、Higgsstrahlung線形スペクトルはHiggs系におけるCP対称性破れパラメータに感受性を示す。
• 本研究は、e⁺e⁻線形衝突装置が、Higgs崩壊線形スペクトルおよびタウレプトンのスピン配向の高精度測定を用いて、MSSM Higgs系におけるCP対称性破れを探査可能であることを示した。