[논문 리뷰] LHC prospects in searches for neutral scalars in pp o\gamma\gamma+jet: SM Higgs boson, radion, sgoldstino

S. V. Demidov, Dmitry Gorbunov|arXiv (Cornell University)|2004. 05. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 중성 스칼라—표준모형 힉스 보손, 라디온, sgoldstino와 같은 입자—의 $\gamma\gamma+jet$ 최종 상태를 통해 탐지 가능성을 평가한다. 고차원 QCD 계산과 최적화된 운동량 절단 조건을 사용하여, 신호 대 배경 비율이 크게 향상됨을 보이며, 이는 새로운 물리 현상 탐색에서 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 경쟁 가능한 성능을 보임을 시사한다.

ABSTRACT

At hadron colliders the $\gamma\gamma+jet$ channel provides larger signal-to-background ratio in comparison with inclusive $\gamma\gamma$ channel in hunting for scalars uncharged under the SM gauge group. At NLO in QCD perturbation theory we evaluate selfconsistently the signal significance for the SM Higgs boson production in $\gamma\gamma+jet$ channel at LHC. Three-body final state kinematics allows for refined cuts. The adjustment of these cuts increases the signal significance upto the level of inclusive channel. Applying a justified simple rescaling procedure to the results obtained for SM Higgs boson, we estimate the LHC prospects in searches for radion and sgoldstino in $\gamma\gamma+jet$ channel. We have found that this channel is comparable with $\gamma\gamma$ channel in searches for new physics and deserves further detailed investigations.

연구 동기 및 목표

• 중성 스칼라 탐색에서 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 비교해 $\gamma\gamma+jet$ 채널의 신호 대 배경 비율 향상 정도를 평가하기 위해.
• 표준모형 힉스 보손의 $\gamma\gamma+jet$ 채널에서 NLO QCD 양자장 이론에 따라 발생하는 신호의도를 평가하기 위해.
• 라디온 및 sgoldstino와 같은 새로운 물리 입자의 감도를 추정하기 위해 표준모형 힉스 결과에 대한 재규격화 절차를 적용하기 위해.
• $\gamma\gamma+jet$ 채널이 LHC에서 새로운 물리 현상 탐지에 있어 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 경쟁 가능한 대안이 되는지 판단하기 위해.

제안 방법

• 표준모형 힉스 보손의 $\gamma\gamma+jet$ 최종 상태에서 다음 근사 순서(NLO) QCD 계산을 수행한다.
• 세 입자 최종 상태 운동량 구조를 적용하여, 신호의도를 향상시키는 정교한 실험적 절단 조건을 설계한다.
• 신호 대 배경 비율을 최대화하기 위해 절단 조건을 최적화하여, 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 유사한 성능을 달성한다.
• 표준모형 힉스 결과에 기반한 타당한 단순 재규격화 절차를 사용하여, 라디온 및 sgoldstino와 같은 가상의 입자에 대한 감도를 외삽한다.
• 새로운 물리 현상 시나리오에서 $\gamma\gamma+jet$ 채널의 신호의도를 표준 $\gamma\gamma$ 채널과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $\gamma\gamma+jet$ 채널이 중성 스칼라 탐색에서 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 경쟁 가능한 신호 대 배경 비율을 달성할 수 있는가?
• RQ2 NLO QCD 보정이 $\gamma\gamma+jet$ 최종 상태에서 표준모형 힉스 보손의 신호의도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 세 입자 최종 상태에서 최적화된 운동량 절단 조건이 $\gamma\gamma+jet$ 채널의 신호의도를 어느 정도 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 표준모형 힉스 보손의 $\gamma\gamma+jet$ 채널에서의 신호의도는 라디온 및 sgoldstino와 같은 다른 중성 스칼라로 어떻게 확장될 수 있는가?
• RQ5 LHC에서 새로운 물리 현상 탐색에 있어 $\gamma\gamma+jet$ 채널은 표준 $\gamma\gamma$ 채널과 비교해 실현 가능하고 경쟁 가능한가?

주요 결과

• 정교한 운동량 절단 조건 덕분에 $\gamma\gamma+jet$ 채널은 포함형 $\gamma\gamma$ 채널보다 신호 대 배경 비율이 크게 향상된다.
• 최적화된 절단 조건을 적용한 결과, $\gamma\gamma+jet$ 채널의 신호의도는 포함형 $\gamma\gamma$ 채널과 유사한 수준에 도달한다.
• NLO QCD 계산은 $\gamma\gamma+jet$ 최종 상태에서 표준모형 힉스 보손의 신호의도 평가가 일관되게 수행되었음을 확인한다.
• 표준모형 힉스 결과에 적용된 재규격화 절차는 라디온 및 sgoldstino와 같은 새로운 물리 입자의 감도에 대해 신뢰할 수 있는 추정치를 제공한다.
• 이 연구는 $\gamma\gamma+jet$ 채널이 새로운 물리 현상 탐색에서 $\gamma\gamma$ 채널과 유사한 감도를 보이며, 향후 심층적인 조사가 바람직하다고 결론을 내린다.