[論文レビュー] The Physics potential of the CEPC. Prepared for the US Snowmass Community Planning Exercise (Snowmass 2021)

H. J. Cheng, Wen-Ta Chiu+21 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2022

Particle Detector Development and Performance被引用数 20

ひとこと要約

この論文は新しい名目運転シナリオの下でCEPCのヒッグス/電弱/トップ物理ポテンシャルを更新し、将来の高エネルギーアップグレードと共にヒッグス/Zファクトリーの精密度、アップグレード経路、検出器R&Dを概説します。

ABSTRACT

The Circular Electron Positron Collider (CEPC) is a large-scale collider facility that can serve as a factory of the Higgs, Z, and W bosons and is upgradable to run at the ttbar threshold. This document describes the latest CEPC nominal operation scenario and particle yields and updates the corresponding physics potential. A new detector concept is also briefly described. This submission is for consideration by the Snowmass process.

研究の動機と目的

• 更新された名目運転シナリオの下でCEPCのヒッグス、電弱（EW）、およびトップ物理ポテンシャルを定量化する。
• 異なる CEPC 運転モード（Zファクトリ、ヒッグスファクトリ、WW閾値、t t̄閾値）におけるヒッグス結合、ヒッグス幅、および希少崩壊の精度到達を評価する。
• SMEFT/ヒッグス EFT フレームワークが CEPC 測定の解釈に与える影響と HL-LHC との相乗効果を評価する。
• 検出器要件と R&D のニーズを含む、検出器性能・MDI/真空/加速器技術を支える、検出器・BSM（エキゾチック崩壊、ダークマター、長寿命粒子など）機会のアウトライン。

提案手法

• 更新された CEPC 運転シナリオと成果（Z、WW閾値、ヒッグス、t t̄ アップグレード）をレビューする。
• κフレームワークと SMEFT フレームワークを用いて、包摂的および排他的なヒッグス断面、崩壊分岐比、および総幅の射影を行う。
• CEPC の射影を HL-LHC のベンチマークと比較して、精度向上を示す。
• Z極・WW閾値運用からの Z および W ボソン観測量を射影して、EW 精密度の影響を推定する。
• 検出器性能仮定と ML ベースの解析を取り入れて、ヒッグス測定と CP 破壊感度を洗練する。
• 検出器 R&D ニーズと、物理プログラムを支えるMDI/真空/加速器技術を要約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された 240 GeV および 360 GeV 運転シナリオで CEPC はヒッグス結合とヒッグス幅にどの程度の精度を得られるか？
• RQ2 CEPC のヒッグスおよび EW 測定は HL-LHC と比較して SMEFT 演算子や異常トリプルゲージ結合をどの程度制約できるか？
• RQ3 CEPC はヒッグス結合の CP 破壊をどの程度まで検証でき、エキゾチック崩壊やダークセクターの標的探索をどの程度可能にするか？
• RQ4 Z極と WW閾値運用からの W/Z 特性およびトポ-quark パラメータにおける CEPC の projected 電弱精密度の改善はどれくらいか？
• RQ5 実現するための主な検出器要件と R&D ニーズは何か？

主な発見

• CEPC はアップグレード後に約 4 百万個のヒッグスとほぼ 4 兆個の Z ボソン、400 百万を超える W ボソン対、最大で約 100 万個のトポクォークを供給できる。
• 包摂的なヒッグス断面積の精度は CEPC で約 0.26%（240 GeV 運転 20 ab−1）に向上し、ヒッグス幅は 240 GeV および 360 GeV の運転を組み合わせると概ね 1.1% で決定できる。
• SMEFT/κ フレームワークにおける多くの結合についてヒッグス結合の精度は 10−2 〜 10−3 レベルに達する；hZZ および関連演算子は EW プログラムによって特に良く制約され、強力な間接的新物理感度を実現する。
• 360 GeV 運転は補完的な生成チャネルと信号モードの分離の改善により、ヒッグス- WW 結合および SMEFT 演算子に対する感度を大幅に高める。
• CEPC は前例のない EW 精密度プログラム（Z 極と WW閾値）を提供し、mZ, ΓZ, mW, ΓW, sin^2 θWeff, Alicoupled 観測量の見積誤差は現在の測定を約一桁超える水準で改善される見込みである。ビームエネルギーの較正は主要な系統ですが、改善可能である。
• 文書は検出器の EMI/BSM 探索機会（エキゾチックヒッグス崩壊、SUSY-EW、ダークマター/ダークセクター、長寿命粒子）を、近端検出器と遠端検出器の戦略と、検出器 R&D ニーズとともに概説する。