[論文レビュー] The Scope of the 4 tau Channel in Higgs-strahlung and Vector Boson Fusion for the NMSSM No-Lose Theorem at the LHC

A. Belyaev, S. Hesselbach+4 more|ArXiv.org|May 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 25

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける次に最小の超対称標準模型（NMSSM）において、ヒッグス放射（HS）およびベクトルボソン融合（VBF）生成を伴う $2\mu+2$ ジェットのサーチ・モードを用いて、$ h_1 \to a_1a_1 \to 4\tau $ の崩壊チャネルを調査している。VBFは、100 fb$^{-1}$ のフルエンスで年間最大8,000イベントの高いイベントレートを示し、$M_{a_1} < 2m_b$ の場合に $a_1 \to b\bar{b}$ が運動的に禁止される状況においても、軽いヒッグスボソンの発見可能性を高める。また、同じ符号の二重ミュオントリガーを低しきい値で実装することで感度が向上することを強調している。

ABSTRACT

We study the potential of the h_1 -&gt; a_1 a_1 -&gt; 4 tau signal from the lightest scalar (h_1) and pseudoscalar (a_1) Higgs bosons to cover the parameter space of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) at the Large Hadron Collider (LHC). We exploit a 2 mu + 2 jets signature from four taus decays (accompanied by missing transverse energy), resorting to both Higgs-strahlung (HS), by triggering on leptonic W^\pm decays, and Vector Boson Fusion (VBF), by triggering on two same sign non-isolated muons.

研究の動機と目的

• LHCにおけるNMSSMの最軽いCP偶性ヒッグスボソン $h_1$ の発見可能性を、$h_1 \to a_1a_1 \to 4\tau$ 崩壊チャネルを通じて評価すること。
• $M_{a_1} < 2m_b$ であり、$a_1 \to b\bar{b}$ が運動的に禁止される状況においても、$4\tau$ チャネルがNMSSMの妥当なパラメータ空間をカバーできるかを評価すること。
• 半レプトン的 $\tau$ 崩壊からの $2\mu+2$ ジェットのサーチ・モードと、HSおよびVBF生成を組み合わせることで、実験的観測に適した高いイベントレートが得られるかを検証すること。
• パラメータ空間の広い範囲にわたり、$h_1 \to a_1a_1 \to 4\tau$ が強固な発見チャネルを提供することを示し、NMSSMにおける「負けなしの定理」を裏付けること。

提案手法

• LEP、$B$物理学、WMAPのダークマターの残存密度の制約を含む、14個のNMSSMパラメータ（$\tan\beta$, $\lambda$, $\kappa$, $A_\lambda$, $A_\kappa$, $\mu$, およびソフト対称性破れ質量）の広範なパラメータスキャンを実施した。
• NMSSMToolsパッケージを用いて、ヒッグス質量、カップリング、崩壊率を計算し、実験的および理論的制約と整合するようにした。
• PYTHIAを用いて、ヒッグス生成および崩壊過程（特にHSおよびVBFによる$h_1$生成）をシミュレートした。
• イベント選択では、$2\mu+2$ ジェットのサーチ・モードを採用：$\tau \to \mu\nu\nu$ からの分離した2つのミュオン、1本のトラックを伴う2つの$\tau$ ジェット、および2つの高エネルギー $p_T$ のジェット。ミュオンは$\tau$ パrticleのトラックと反対符号の電荷を持つことが要求された。
• HSモードでは、$p_T > 19$ GeV（ミュオン）または $26$ GeV（電子）の分離した $W^\pm \to \ell\nu$ 崩壊をトリガーとした。VBFモードでは、$p_T > 7$ GeV の同じ符号二重ミュオントリガーを用いた。
• 信号純度を向上させるために、2つの$\tau$ ジェットを超える追加のジェットを含むイベントを除外する選択カットを適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $h_1 \to a_1a_1 \to 4\tau$ 崩壊チャネルが、LHCにおける半レプトン的$\tau$ 崩壊からの$2\mu+2$ ジェットのサーチ・モードで観測可能かどうか。
• RQ2 このチャネルの発見可能性が、ヒッグス放射（HS）およびベクトルボソン融合（VBF）生成モードの両方でどの程度高いか。
• RQ3 $M_{h_1}$ および $M_{a_1}$ に応じて、$4\tau$ チャネルのイベントレートがどのように変化するか、特に $M_{a_1} < 2m_b$ の領域での挙動。
• RQ4 このチャネルが、パラメータ空間の広い範囲をカバーできることを示し、NMSSMにおける「負けなしの定理」を支持できるか。
• RQ5 特に、感度を最大化するために不可欠なトリガー要件、特に同じ符号二重ミュオンのしきい値は何か。

主な発見

• 選択カットを適用した後、VBF生成チャネルでは、100 fb$^{-1}$ のフルエンスで年間最大8,000イベントのレートを示し、ヒッグス放射による1,000イベント/年を大幅に上回る。
• HSおよびVBF両方の最大断面積は、$M_{h_1} \gtrsim M_Z$ のとき発現するが、VBFは低い$h_1$ 質量でも感度を保つ。
• イベントレートは、$a_1$ の$2m_\tau$ しきい値をわずかに上回る領域で最大となり、$M_{a_1} > 2m_\tau$ および $M_{a_1} < 2m_b$ の両方の領域で顕著なレートが得られる。
• 参考文献[18, 20]のベンチマーク点P2およびP3は中程度のイベントレートを示しており、結果が極端に有利なパラメータ領域に偏っていないことを示している。
• $2\mu+2$ ジェットのサーチ・モードに加え、低しきい値の同じ符号二重ミュオントリガーが、VBFチャネルへのアクセスと発見可能性の向上に不可欠である。
• 本研究は、特にVBF経由の$4\tau$ チャネルが、NMSSMの妥当なパラメータ空間の広い範囲をカバーできることを示し、モデル全体の「負けなしの定理」を支持する。