[논문 리뷰] Constraining the Charm Yukawa and Higgs-quark Universality

Gilad Perez, Yotam Soreq외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 Vh→bb̄, J/ψγ, 및 전역 신호 강도 피팅을 사용하여 힉스-구름 쿼크 요크형 상호작용 상수를 제약하는 데 네 가지 데이터 기반 분석을 제시한다. 전역 피팅을 통해 y_c/y_c^{SM} < 6.2를 도출하였으며, 현재 데이터는 힉스 상호작용에서 쿼크 보편성을 배제하며, 캐러멜 태깅을 통해 감도를 약 10배 향상시킬 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We introduce four different types of data-driven analyses with different level of robustness that constrain the size of the Higgs-charm Yukawa coupling: (i) recasting the vector-boson associated, Vh, analyses that search for bottom-pair final state. We use this mode to directly and model independently constrain the Higgs to charm coupling, y_c/y_c^{SM} J/\psi\gamma, y_c/y_c^{SM} < 220; (iv) a global fit to the Higgs signal strengths, y_c/y_c^{SM} < 6.2. A comparison with t\bar{t}h data allows us to show that current data eliminates the possibility that the Higgs couples to quarks in a universal way, as is consistent with the Standard Model (SM) prediction. Finally, we demonstrate how the experimental collaborations can further improve our direct bound by roughly an order of magnitude by charm-tagging, as already used in new physics searches.

연구 동기 및 목표

• 기존 LHC 데이터를 활용하여 힉스-구름 쿼크 요크형 상호작용 상수를 직접적이고 모델에 종속되지 않게 제약하는 것.
• 표준모형이 예측하는 힉스-쿼크 상호작용 보편성 가설을 검증하는 것.
• 다양한 최종 상태에서 y_c/y_c^{SM}를 제약하는 데 있어 다양한 분석 접근법의 강건성을 평가하는 것.
• 신규 물리학 탐색에서 이미 사용 중인 캐러멜 태깅 기술을 통해 향후 감도 향상 잠재력을 입증하는 것.

제안 방법

• 바닥 쿼크 최종 상태를 목표로 하는 기존의 벡터 보손 연관 힉스 생성(Vh) 분석을 재해석하여 힉스-구름 요크형 상호작용 상수에 대한 제약를 도출하는 것.
• J/ψγ 최종 상태를 분석하여 y_c/y_c^{SM} < 220인 직접적이고 모델에 종속되지 않은 경계를 확보하는 것.
• 모든 힉스 신호 강도 측정치에 대한 전역 피팅을 수행하여 y_c/y_c^{SM} < 6.2인 통합 제약 조건을 도출하는 것.
• t̄th 및 Vh 데이터의 제약 조건을 비교하여 쿼크 상호작용 보편성의 타당성을 검증하는 것.
• 캐러멜 태깅을 통한 감도 향상 잠재력을 평가하여, 약 한 계급 개선이 가능할 것으로 예측하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 LHC 데이터를 활용하여 힉스-구름 요크형 상호작용 상수에 대해 가장 강건한 직접 제약 조건은 무엇인가?
• RQ2 이론적 모델에 종속되지 않고 힉스 쿼크 상호작용에 대해 구름 쿼크를 제약할 수 있는가?
• RQ3 현재 데이터는 표준모형이 예측하는 쿼크에 대한 힉스 상호작용 보편성 가정을 지지하는가?
• RQ4 실험 분석에 캐러멜 태깅을 도입할 경우 힉스-구름 상호작용에 대한 감도는 얼마나 향상될 수 있는가?
• RQ5 bb̄, J/ψγ, 및 전역 신호 강도와 같은 다양한 최종 상태에서의 제약 조건의 상대적 강도는 어떻게 되는가?

주요 결과

• J/ψγ 최종 상태 분석은 직접적이고 모델에 종속되지 않은 경계를 도출한다: y_c/y_c^{SM} < 220.
• 전역 피팅을 통한 힉스 신호 강도 분석은 통합 상한선 y_c/y_c^{SM} < 6.2를 도출한다.
• t̄th 및 Vh 데이터의 비교는 현재 정밀도 수준에서 쿼크 상호작용 보편성을 배제한다.
• 현재 데이터는 표준모형이 예측하는 쿼크에 대한 힉스 상호작용 보편성을 기각한다.
• 향후 분석에 캐러멜 태깅을 통합할 경우 힉스-구름 요크형 상호작용 상수에 대한 감도가 약 한 계급 개선될 수 있다.