[論文レビュー] The Higgs Working Group: Summary Report

A. Djouadi, R. Kinnunen+24 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 22

ひとこと要約

本報告は、1999年レ・フーチュール・ウェルト・コリダー・ワークショップにおけるヒッグス作業部会の成果を要約したものであり、LHC、テバトロン、および将来の$e^+e^-$コリダーにおけるヒッグス粒子の発見と精度測定に焦点を当てている。標準模型（SM）およびMSSMにおけるヒッグスカップリング、生成メカニズム、崩壊チャネルの研究に用いられる理論的・計算的手法を提示しており、特に次-leading-order QCD補正、高質量ヒッグスの印兆、および超対称理論におけるモデル実装とイベント生成に用いられるCompHEPの応用に重点を置いている。

ABSTRACT

Report of the Higgs working group for the Workshop "Physics at TeV Colliders", Les Houches, France 8-18 June 1999. It contains 6 separate sections: 1. Measuring Higgs boson couplings at the LHC. 2. Higgs boson production at hadron colliders at NLO. 3. Signatures of Heavy Charged Higgs Bosons at the LHC. 4. Light stop effects and Higgs boson searches at the LHC. 5. Double Higgs production at TeV Colliders in the MSSM. 6. Programs and Tools for Higgs Bosons.

研究の動機と目的

• 標準模型およびその超対称的拡張におけるヒッグス粒子のLHCおよび他のTeVコリダーにおける発見可能性と精度測定能力を評価すること。
• 高次のQCD補正および複雑な崩壊・生成チャネルを含めることで、ヒッグス粒子カップリングの高精度測定の挑戦に取り組むこと。
• CompHEPやFeynHiggsといった計算ツールを用いて、MSSMにおけるヒッグス生成および崩壊過程の自動計算を発展・応用すること。
• 特にLHC探索およびループ補正の文脈において、MSSMにおける重いchargedヒッグス粒子および軽いストップの素粒子物理学的性質を調査すること。
• ハドロンおよび$e^+e^-$コリダーにおける二重ヒッグス生成を通じて、三重ヒッグス自己結合を測定し、スカラー・ポテンシャルを再構成可能にするための手段を提供すること。

提案手法

• ハドロンコリダーにおけるヒッグス生成断面積および崩壊率の精度を向上させるために、次-leading-order（NLO）QCD計算を用いた。
• CompHEPパッケージを用いて、行列要素計算、パートンレベルのイベント生成、およびフェーズ空間マッピングと運動的カットを伴うモンテカルロ統合を自動化した。
• LanHEPを用いてMSSMのラグランジアンをCompHEPに実装し、コンactなラグランジアン表現からフェニマン規則を生成可能にするとともに、R-パリティ破れおよびGMSBシナリオのサポートを実現した。
• FeynHiggsプログラムを外部ライブラリとして統合し、二重ヒッグスダブルットモデルのポテンシャル（$\lambda_1$から$\lambda_7$の7つのカップリングでパrameter化）を用いて、MSSMにおける放射修正式のヒッグス質量を計算した。
• ISASUSYパッケージを用いて、mSUGRAおよびGMSBベンチマークシナリオ下でのスピン特異的破れパラメータおよび超対称スケール粒子質量を計算し、自由パラメータの数を削減した。
• CompHEPにおける一般化されたクォークモデルを考案し、第一・第二世代クォークをフレーバー回転を介して一括して扱うことで、部分過程の数を削減しながらゲージ不変性を保持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける標準模型ヒッグス粒子の主な生成および崩壊チャネルは何か。また、ゲージボソンおよび重いクォークへのカップリング測定において、どの程度の精度が達成可能か。
• RQ2 NLO QCD補正は、ハドロンコリダーにおけるSMおよびMSSMヒッグス粒子の生成断面積にどのように影響を与えるか。
• RQ3 MSSMにおける重いchargedヒッグス粒子の検出に向けた主な印兆は何か。特に高質量領域においては。
• RQ4 大きな混合を持つ軽いトップスクアーブが、LHCにおける最軽いMSSMヒッグス粒子の生成および検出にどのように影響を与えるか。
• RQ5 ハドロンおよび$e^+e^-$コリダーにおける二重ヒッグス生成を通じて、三重ヒッグス自己結合を測定する可能性は何か。

主な発見

• SMに類似したカップリングを持つ中程度質量のヒッグス粒子に対して、LHCではATLASおよびCMS両実験で100 fb⁻¹のデータを用いて、ヒッグスカップリング比の測定精度が約15%に達する。
• 120 GeVを超えるヒッグス質量では、全幅が10–20%の精度で間接的に測定可能であり、$H \to WW$部分幅は約10%の精度で測定可能である。
• NLO QCD補正は、特にグルーオン融合および弱ボソン融合において、ヒッグス生成断面積に顕著な影響を与えるため、精度測定には不可欠である。
• CompHEPパッケージは、$\gamma\gamma$ + ジェット最終状態や関連するストップ-ヒッグス生成といった複雑な過程の効率的イベント生成を可能にし、パートン分布関数および運動的カットのサポートを備えている。
• LanHEPによるMSSMのCompHEPへの実装およびFeynHiggsとの統合により、最新の放射修正式を用いた、ゲージ不変性を保ったヒッグス質量およびカップリングの正確な計算が可能になった。
• CompHEPにおける一般化されたクォークモデルは、第一・第二世代クォークを1つの有効なダブルットとして扱うことで、部分過程の数を削減し、ゲージ不変性を損なわず計算効率を向上させた。