[논문 리뷰] Higgs Boson Signals in Three b-jet Final States at the Fermilab Tevatron

D. Choudhury, Datta, Anindya외 1명|ArXiv.org|1998. 09. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 페르미랩 테바트론에서 3개의 b-제트 최종 상태에서 힉스 보존의 탐지를 조사하며, b-쿼크 야쿠바 상수를 강화한 글루온 융합 생성 메커니즘을 중심으로 다룬다. 이 최종 상태들이 100–300 GeV 범위의 힉스 보존 질량에서 발견 가능성을 갖는다는 것을 보여주며, b-쿼크 야쿠바 상수에 대한 경쟁 가능한 제약 조건을 도출하고, MSSM 힉스 섹터에 대한 함의를 제시한다.

ABSTRACT

At the Fermilab Tevatron, final states with three tagged b-jets could play an important role in searches for a Higgs boson with mass in the range 100-300 GeV. These signals arise from gb fusion and we demonstrate their observability in the limit of a large b-quark Yukawa coupling. Rather promising discovery limits on such a coupling are obtained and consequent effects on the parameter space of the Higgs-boson sector in the MSSM are discussed.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 100–300 GeV 범위의 힉스 보존을 3개의 b-제트 최종 상태에서 탐지할 수 있는지의 가능성을 평가하는 것.
• 증가된 b-쿼크 야쿠바 상수가 힉스 보존 생성에서 신호 감도를 향상시키는 데 기여하는 방식을 탐구하는 것.
• 100–300 GeV 범위의 힉스 보존 질량을 고려할 때 b-쿼크 야쿠바 상수에 대한 발견 한계를 유도하는 것.
• 이러한 제약 조건이 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)의 힉스 섹터 매개변수 공간에 미치는 영향을 검토하는 것.

제안 방법

• 하드론 충돌기에서 지배적인 생성 모드인 글루온 융합(gg → H)을 통한 힉스 보존 생성을 분석한다.
• H → bb̄ 붕괴와 초기 상태 또는 최종 상태 방사선으로 인한 추가적인 b-제트 방출으로 인해 발생하는 3개의 식별된 b-제트 최종 상태를 고려한다.
• b-제트로의 분해율을 향상시키고 신호 대 배경 비율을 개선하기 위해 큰 b-쿼크 야쿠바 상수를 가정한다.
• 표준 모형 힉스 붕괴 및 QCD 방사선 모델링을 적용하여 신호율과 탐지 가능성의 추정치를 산출한다.
• 최종 상태 분석 및 신호 가시성에 기반해 몬테카를로 시뮬레이션(암시적)을 사용하여 발견 가능성 추정치를 산출한다.
• 기대 신호 감도에 기반해 b-쿼크 야쿠바 상수에 대한 배제 한계를 도출하기 위해 현상학적 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론에서 100–300 GeV 질량 범위의 힉스 보존을 위한 3개의 b-제트 최종 상태가 탐지 가능한 채널이 될 수 있는가?
• RQ2 b-쿼크 야쿠바 상수를 강화하면 3개의 b-제트 최종 상태에서 힉스 신호의 가시성이 어떻게 영향을 받는가?
• RQ3 이 질량 범위의 힉스 보존에 대해 도출된 b-쿼크 야쿠바 상수에 대한 발견 한계는 무엇인가?
• RQ4 이러한 제약 조건은 MSSM의 힉스 섹터 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이러한 최종 상태에 대한 테바트론의 감도는 다른 힉스 탐색 채널과 비교해 어떻게 되는가?

주요 결과

• 글루온 융합 생성에서 3개의 b-제트 최종 상태는 힉스 보존 질량이 100–300 GeV 범위일 경우 테바트론에서 탐지 가능성이 높은 채널을 제공한다.
• 큰 b-쿼크 야쿠바 상수를 가정할 경우, 3개의 b-제트 최종 상태에서의 신호율이 충분히 향상되어 잠재적 발견이 가능해진다.
• 연구는 b-쿼크 야쿠바 상수에 대해 경쟁 가능한 발견 한계를 도출하였으며, 이는 힉스 섹터에서 이 상수에 대한 강한 감도를 시사한다.
• 결과적으로 MSSM 힉스 섹터의 매개변수 공간이 제약을 받으며, 특히 b-쿼크 쿼크 결합이 강화된 시나리오에 영향을 미친다.
• 분석 결과, 이러한 최종 상태는 표준 힉스 붕괴 모드와 상호보완적 또는 경쟁 가능한 탐색 채널이 될 수 있음을 시사한다.
• 큰 야쿠바 상수 근처에서 신호가 관측 가능하다는 것이 확인되어, 테바트론에서의 힉스 보존 탐색 전략으로 유망한 전략이 된다.