[論文レビュー] Updated CLIC luminosity staging baseline and Higgs coupling prospects

A. Robson, P. Roloff|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、コンパクト線形クollider（CLIC）の更新された光度ステージングベースラインを提示し、25–30年間のスケジュールで380 GeVで1 ab⁻¹、1.5 TeVで2.5 ab⁻¹、3 TeVで5 ab⁻¹を想定する。他の将来のコライダーと整合性を持たせた加速と稼働時間の仮定を採用。モデルに依存しないフィットを用い、偏光電子ビームと最適化された光度共有により、ヒッグス結合測定で1%未満の精度を達成しており、特に$g_{\mathrm{HZZ}}$、$g_{\mathrm{HWW}}$、$g_{\mathrm{Hgg}}$においてHL-LHCの予測を著しく上回る。

ABSTRACT

An updated luminosity staging baseline for CLIC is presented. Assuming accelerator ramp-up and up-time scenarios that are harmonized with those of other potential future colliders, CLIC will deliver 1 ab^-1 at sqrt(s)=380 GeV, 2.5 ab^-1 at sqrt(s)=1.5 TeV, and 5 ab^-1 at sqrt(s)=3 TeV. The complete programme will take 25-30 years. The baseline scenario for luminosity sharing between the two electron beam polarisation states is also discussed. Updated Higgs coupling sensitivities are given for this new luminosity staging baseline.

研究の動機と目的

• 他の将来のコライダー計画と整合性を持たせた現実的で統一されたCLICの光度ステージングベースラインを確立すること。
• 各エネルギー段階での延長運転により、統合光度を増加させることで、物理学的探査範囲を拡大すること。
• ヒッグス結合および標準模型を超える新物理への感度を向上させるために、ビーム偏光戦略を最適化すること。
• 新しいベースライン下でのヒッグス結合感度を定量的に評価し、モデルに依存しないおよびモデルに依存する高精度測定を可能にすること。

提案手法

• 年間185日間の運用期間を想定し、75%の効率を達成することで、年間約1.2×10⁷ sの有効データ取得時間を得る。
• 380 GeVでのノーマル光度への到達に3年間の加速期間を設け（10%、30%、60%の光度）、1.5 TeVおよび3 TeVでは2年間の加速期間を設け（25%、75%の光度）る。
• ベースライン偏光シナリオとして、380 GeVでは–80%および+80%の電子ビーム偏光に等しい時間割りを設定し、高エネルギー域では80:20の割合にすることで、$WW$-ファージョンおよびBSM効果への感度を最大化する。
• 再結合質量再構成を用いて、ヒッグス崩壊の再構成なしに$\sigma(ZH)$を測定し、モデルに依存しないヒッグス結合抽出を可能にする。
• ビーム偏光と光度共有を組み込んだ、モデルに依存しないおよびモデルに依存するグローバルフィットを実施し、ヒッグス結合感度を評価する。
• 同一の理論的仮定と不確実性処理を用いて、CLICの予測精度とHL-LHCの予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 他の将来のコライダーと整合性を持たせた仮定の下で、コスト、建設期間、物理学的探査範囲のバランスを最適化するCLICの最適な光度ステージングシナリオは何か？
• RQ2 –80%および+80%の電子状態間でのビーム偏光共有は、異なるエネルギー段階におけるヒッグス結合およびBSM物理への感度にどのように影響するか？
• RQ3 特に$g_{\mathrm{HZZ}}$、$g_{\mathrm{HWW}}$、$g_{\mathrm{Hgg}}$に対して、CLICはHL-LHCの予測を上回る1%未満の精度でヒッグス結合測定を達成できるか、どの程度の精度に到達できるか？
• RQ4 ノーマル光度での延長運用が、各エネルギー段階における総統合光度および物理学的感度に与える影響は何か？

主な発見

• 25–30年間のスケジュールで、CLICは380 GeVで合計1 ab⁻¹、1.5 TeVで2.5 ab⁻¹、3 TeVで5 ab⁻¹を達成し、より長いノーマル運転期間と統合された運用仮定により、光度が向上している。
• モデルに依存しないフィットでは、380 GeV段階で$g_{\mathrm{HZZ}}$が0.6%、$g_{\mathrm{HWW}}$が1.0%、$g_{\mathrm{Hbb}}$が2.1%の相対精度を達成し、1.5 TeV段階ではそれぞれ0.6%、0.6%、0.7%に改善される。
• 3 TeV段階では、$g_{\mathrm{HZZ}}$が0.6%、$g_{\mathrm{HWW}}$が0.6%、$g_{\mathrm{Hbb}}$が0.7%の精度に達し、初期段階に比べ顕著な向上が確認される。
• モデルに依存するフィットでは、3 TeV段階で$\kappa_{\mathrm{HZZ}}$が0.2%、$\kappa_{\mathrm{HWW}}$が0.1%、$\kappa_{\mathrm{Hbb}}$が0.2%の精度に達し、大部分のケースで予測されるHL-LHC感度を上回る。
• トップクォーク結合$\kappa_{\mathrm{Htt}}$は3 TeV段階で2.9%の精度に達し、$\Gamma_{\mathrm{H}}$は2.5%の精度で測定され、ヒッグス幅および自己結合への高い感度が示される。
• 1 TeVを超える光度の80%で–80%の電子偏光を組み込むことで、$WW$-ファージョン断面積が顕著に向上し、$g_{\mathrm{HWW}}$および$g_{\mathrm{Hgg}}$への感度が向上する。