[論文レビュー] Searches for the Neutral Higgs Bosons of the MSSM: Preliminary Combined Results Using LEP Data Collected at Energies up to 209 GeV

ALEPH Collaboration, DELPHI Collaboration+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、LEPで得られた209 GeVまでの中心系エネルギーで測定されたデータを用いて、最小限のスーパースymmétrィック標準模型（MSSM）における中性Higgsボソンの探索を行う、ALEPH、DELPHI、L3、OPALの共同研究の予備的結果を提示する。解析により、これまでで最も厳しい制限が得られ、$ m_{\mathrm{h^{0}}} > 91.0\ \mathrm{GeV}/c^2 $ および $ m_{\mathrm{A^{0}}} > 91.9\ \mathrm{GeV}/c^2 $ が除外され、最大のストップクォーク混合を仮定した場合、$ m_t \leq 174.3\ \mathrm{GeV}/c^2 $ の下で $ 0.5 < \tan\beta < 2.4 $ の範囲が95%信頼水準で除外された。

ABSTRACT

In the year 2000 the four LEP experiments collected data at centre-of-mass energies between 200 and 209 GeV, integrating approximately 870 pb-1 of luminosity, with about 510 pb-1 above 206 GeV. The LEP working group for Higgs boson searches has combined these data with data sets collected previously at lower energies. In representative scans of the parameters of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the mass limits mh&gt;91.0 GeV and mA&gt;91.9 GeV are obtained for the light CP-even and the CP-odd neutral Higgs boson, respectively. For a top quark mass less than or equal to 174.3 GeV, assuming that the stop quark mixing is maximal, and choosing conservative values for other SUSY parameters affecting the Higgs sector, the range 0.5

研究の動機と目的

• 2000年のLEPで得られた最も感受性の高いデータを、MSSMのHiggs系に及ぼす制約を強化するために統合する。
• MSSMにおける軽いCP偶性（$ \mathrm{h^{0}} $）およびCP奇性（$ \mathrm{A^{0}} $）の中性Higgsボソンの質量に改善された制限を設定する。
• Higgsボソンが主に $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ や $ \tau^{+}\tau^{-} $ に崩壊する領域、特に低 $ \tan\beta $ の場合に、MSSMパラメータ空間の領域を除外する。
• フレーバーに依存しない探索結果を統合することで、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 崩壊が抑制されたモデルに対する感度を向上させる。

提案手法

• 209 GeVまでの中心系エネルギーで得られた、ALEPH、DELPHI、L3、OPALの4つのLEP実験からのデータを統合し、合計で約870 pb⁻¹の統合した放射線量を得た。
• $ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{h}^{0}\mathrm{Z}^{0} $、$ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H}^{0}\mathrm{Z}^{0} $、$ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{h}^{0}\mathrm{A}^{0} $ の過程について統合的解析を実施し、信号断面積を $ \sin^2(\beta - \alpha) $ または $ \cos^2(\beta - \alpha) $ にスケーリングした。
• 95%信頼水準での信号断面積の上限を設定するため、統一された統計的手法（CLs法）を用い、バックグラウンドのみのアンサンブルからの期待される上限を考慮した。
• $ \mathrm{h}^{0}\mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}\mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}\tau^{+}\tau^{-} $、および固定ブランチ比を仮定した統合チャンネルの結果を統合した。
• $ m_{\mathrm{h^{0}}}\text{-max} $ スケナリオにおいて、モデル依存のアプローチを用いて、$ \sqrt{s} $ に依存する断面積の依存関係を計算し、カップリング強度の制限を可能にした。
• フレーバーに依存しないモデルに適用し、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ へのブランチ比が減少した場合、CP対称性の破れや非SUSY二重ヒッグスダブルトモデルを含むモデルに対しても制限を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2000年の全LEPデータセットを用いて、MSSMにおける軽いCP偶性およびCP奇性Higgsボソンの質量に、最も厳しい制限は何か？
• RQ2 ストップクォークの最大混合を仮定した場合、$ m_t \leq 174.3\ \mathrm{GeV}/c^2 $ の下で、$ \tan\beta $ パラメータ空間のどの領域が除外されるか？
• RQ3 フレーバーに依存しない探索は、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 崩壊が抑制されたMSSMモデルに対する感度をどのように向上させるか？
• RQ4 $ \mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $、$ \mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $、$ \mathrm{A}^{0} \rightarrow \tau^{+}\tau^{-} $ のブランチ比に対する、$ \cos^2(\beta - \alpha) $ の積の上限は何か？

主な発見

• 軽いCP偶性Higgsボソン $ \mathrm{h}^{0} $ の質量制限は、95%信頼水準で $ m_{\mathrm{h^{0}}} > 91.0\ \mathrm{GeV}/c^2 $ に設定された。
• CP奇性Higgsボソン $ \mathrm{A}^{0} $ の質量制限は、95%信頼水準で $ m_{\mathrm{A^{0}}} > 91.9\ \mathrm{GeV}/c^2 $ に設定された。
• $ m_t \leq 174.3\ \mathrm{GeV}/c^2 $ かつ最大のストップクォーク混合を仮定した場合、$ 0.5 < \tan\beta < 2.4 $ の範囲が95%信頼水準で除外された。
• フレーバーに依存しない探索により、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 崩壊が抑制されたモデルに対する感度が向上し、95%信頼水準で大規模な $ \mu $ スケナリオ全体が除外された。
• 固定ブランチ比を仮定した場合、$ \cos^2(\beta - \alpha)\mathrm{Br}(\mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}})\mathrm{Br}(\mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}) $、$ \cos^2(\beta - \alpha)\mathrm{Br}(\mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}})\mathrm{Br}(\mathrm{A}^{0} \rightarrow \tau^{+}\tau^{-}) $、および $ \cos^2(\beta - \alpha) $ のカップリング強度の制限が設定された。
• 統合解析により、特に非標準模型崩壊モードを有するモデルに対して、個々の実験よりも感度が向上し、与えられた仮定の下で $ m_{\mathrm{h^{0}}}\text{-max} $ スケナリオは完全に除外された。