[論文レビュー] Searches for Higgs and BSM at the Tevatron

A. Duperrin|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブのテバトロン加速器で得られたRun IIデータの最大2 fb⁻¹を用いて、標準模型のヒッグスボソンおよび標準模型を越える新物理（BSM）に対する直接探索の包括的概要を提示している。複数の最終状態と高度な多次元解析手法に基づく分析により、ヒッグスボソンの質量、スピンゼロ粒子、レプトクォーク、追加のゲージボソン、追加次元に対する厳しい制限が得られ、シグネチャーベースの探索においては標準模型との顕著なずれは観測されなかった。

ABSTRACT

This paper presents an overview of recent experimental direct searches for Higgs-boson and beyond-the-standard-model (BSM) physics shown in the plenary session at the SUSY07 conference. The results reported correspond to an integrated luminosity of up to 2 fb-1 of Run II data from $p\bar{p}$ collisions collected by the CDF and D0 experiments at the Fermilab Tevatron Collider. Searches covered include: the standard model (SM) Higgs boson (including sensitivity projections), the minimal supersymmetric extension of the standard model (MSSM), charged Higgs bosons and extended Higgs models, supersymmetric decays that conserve R-parity, gauge-mediated supersymmetric breaking models, long-lived particles, leptoquarks, extra gauge bosons, extra dimensions, and finally signature-based searches. Given the excellent performance of the collider and the continued productivity of the experiments, the Tevatron physics potential looks very promising for discovery in the coming larger data sets. In particular, the Higgs boson could be observed if its mass is light or near 160 GeV.

研究の動機と目的

• テバトロンにおける高インテグレーテッド光度の陽子-陽子衝突を用いて、標準模型のヒッグスボソンおよび標準模型を越える物理現象を探索すること。
• スピンゼロ粒子、拡張されたヒッグス系、長寿命粒子、レプトクォーク、追加ゲージボソンを含む広範なBSM状況を調べること。
• データ駆動型バックグラウンド推定と多次元解析手法を用いて、モデルに依存しないおよびモデル特異的な新物理の制限を設定すること。
• 特に160 GeV付近で、増加する光度に伴いヒッグスボソンおよび新物理の発見可能性を評価すること。
• SUSY2007会議のためのCDFおよびDØの実験的結果の包括的要約を提供し、今後の物理学的目標を示すこと。

提案手法

• CDFおよびDØ実験は、√s = 1.96 TeVのp¯p衝突から最大2 fb⁻¹の統合光度を分析した。
• 10以上の最終状態にわたる信号感度を向上させるために、ニューラルネットワークを含む多次元解析手法が用いられた。
• バックグラウンドは、特にマルチジェットおよびDrell-Yan過程に対してデータ駆動型手法で推定され、コントロール領域での妥当性が確認された。
• 新しいゲージボソン（Z′, W′）および重力子の共鳴状態探索では、二レプトン、二ジェット、および光子最終状態におけるインヴァリアント質量再構成が用いられた。
• シグネチャーベースの探索（VistaおよびSleuth）では、モデルに依存しないおよび準モデルに依存しない手法を用いて、標準模型予測からのずれを同定した。
• プロファイル尤度法を用いて95%信頼水準で制限を設定し、実験および最終状態にわたる結果を統合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合光度が最大2 fb⁻¹のテバトロンデータを用いた場合、標準模型ヒッグスボソンの質量に関する現在の実験的制限は何か？
• RQ2 CDFおよびDØデータにおいて、最軽い中性ノーサイドやR変換保存型SUSY崩壊といったスピンゼロ粒子の兆候は観測できるか？
• RQ3 レプトクォーク、Z′、W′、および励起状態の重力子のような新物理状態の下限質量は、テバトロンデータでどのようになるか？
• RQ4 新物理のグローバルシグネチャーベースの探索において、標準模型予測からの顕著なずれは観測されたか？
• RQ5 テバトロンの性能および光度供給は、今後のデータ走行におけるヒッグスボソンおよびBSM物理の発見可能性をどのように支援するか？

主な発見

• 標準模型ヒッグスボソンは、間接的制限および直接的LEP制限に基づき、114.4 GeV未満および182 GeV以上で95%信頼水準で除外された。
• ヒッグスボソンがb¯bに崩壊する場合、120 GeVにおける観測された信号強度の制限は、標準模型予測の2.1倍であった。
• CDFおよびDØは、ヒッグスボソンがbνに崩壊する場合、229 GeVの下限質量を設定した。また、τb崩壊におけるベクトル型レプトクォークでは251 GeVの下限質量を設定した。
• SMに類似したカップリングを仮定した場合、CDFはZ′ボソン質量に対して923 GeVの下限を設定した。E6 GUTモデルでは、より低い下限が得られた。
• ランディンソン＝サンドルムの重力子については、CDFおよびDØがk/MPlanckの95%信頼水準における上限を重力子質量の関数として設定した。特に1.1–1.3 fb⁻¹のデータで最も強い制限が得られた。
• グローバルシグネチャーベースの探索（VistaおよびSleuth）においては、標準模型からの顕著なずれは観測されず、すべての不一致は統計的不確実性の範囲内であった。