[논문 리뷰] Little Higgs Model Limits from LHC - Input for Snowmass 2013

Jürgen Reuter, Marco Tonini외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 16인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS와 CMS의 전체 25 fb⁻¹ LHC 힉스 데이터와 전자약력 정밀도 데이터를 바탕으로, 소규모 힉스 모형—특히 T-대칭이 있는 소규모 힉스 모형과 없는 소규모 힉스 모형, 그리고 가장 단순한 소규모 힉스 모형—에 대한 제약 조건을 평가한다. 직접적인 LHC 탐색 결과로부터 소규모 힉스 모형에 T-대칭이 있을 경우 대칭 붕괴 스케일 f ≳ 638 GeV까지 유효성이 유지되며, 전자약력 및 힉스 데이터로 인해 다른 모형들은 더 높은 스케일에서 배제된다.

ABSTRACT

The status of several prominent model implementations of the Little Higgs paradigm, the Littlest Higgs with and without discrete T-parity as well as the Simplest Little Higgs are reviewed. For this, we are taking into account a fit of 21 electroweak precision observables from LEP, SLC, Tevatron together with the full 25/fb of Higgs data reported by ATLAS and CMS. For the Littlest Higgs with T-parity an outlook on corresponding direct searches at the 8 TeV LHC is included. We compare their competitiveness with the EW and Higgs data in terms of their exclusion potential. This contribution to the Snowmass procedure contains preliminary results of DESY 13-123 and serves as a guideline for which regions in parameter space of Little Higgs models are still compatible for the upcoming LHC runs and future experiments at the energy frontier. For this purpose we propose two different benchmark scenarios for the Littlest Higgs with T-parity, one with heavy mirror quarks, one with light ones.

연구 동기 및 목표

• 런 1의 LHC 데이터를 바탕으로 주목할 만한 소규모 힉스 모형—소규모 힉스(L2H), 가장 단순한 소규모 힉스(SLH), T-대칭이 있는 소규모 힉스(LHT)—의 타당성을 평가하기 위해.
• ATLAS와 CMS의 신호 강도 및 결합을 포함한 전체 25 fb⁻¹의 힉스 데이터와 전자약력 정밀도 관측량(EWPT)을 조합하여 이러한 모형에서 대칭 붕괴 스케일 f를 제약하기 위해.
• 초과대칭을 위해 최적화된 기존 LHC 직접 탐색 분석(단일제트, 제트+에너지 누락, 렙톤+제트+에너지 누락)을 LHT 모형의 매개변수 공간으로 재해석하여 배제 가능성 평가하기.
• 미래 실험 탐색을 위한 벤치마크 시나리오, 특히 가벼운 또는 무거운 미러 쿼크를 가진 LHT 모형을 식별하기 위해.
• Snowmass 2013 과정에서 유효한 매개변수 영역과 향후 LHC 및 초과 실험에서의 발견 가능성을 안내하기 위해.

제안 방법

• LEP, SLC, 테바트론에서의 21개의 전자약력 정밀도 관측량을 피팅하여 모형 매개변수를 제약하기 위해.
• ATLAS와 CMS의 전체 25 fb⁻¹ 힉스 데이터를 포함하여 신호 강도 및 결합을 활용하여 스칼라 섹터를 제약하기 위해.
• 초과대칭을 위해 최적화된 LHC 직접 탐색 분석(단일제트, 제트+에너지 누락, 렙톤+제트+에너지 누락)을 LHT 모형의 매개변수 공간으로 재해석하기 위해.
• LHT 모형의 T-대칭을 활용하여 전자약력 정밀도 관측량에 대한 고차원 기여를 억제함으로써 정밀도 데이터와 일치하면서도 낮은 f 스케일을 유지할 수 있도록 하기 위해.
• 다양한 탐색 채널(단일제트, 제트+에너지 누락, 렙톤+제트+에너지 누락)의 배제 한계를 조합하여 f에 대한 종합적인 95% 신뢰수준 배제 한계를 유도하기 위해.
• 접촉 상호작용 제약과 옹성 보정을 활용하여 매개변수 영역을 추가로 제약하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHT 모형에서 대칭 붕괴 스케일 f에 대한 현재의 배제 한계는 통합된 LHC 데이터로부터 무엇인가요?
• RQ2 직접 LHC 탐색(단일제트, 제트+에너지 누락, 렙톤+제트+에너지 누락)은 EWPT 및 힉스 데이터에 비해 LHT 모형에 대해 얼마나 민감한가요?
• RQ3 모든 LHC 제약 조건을 통합한 후, LHT 모형에서 어떤 벤치마크 시나리오(가벼운 또는 무거운 미러 쿼크)가 유효한가요?
• RQ4 8 TeV LHC에서의 직접 탐색은 LHT 모형을 제약하는 데 정밀도 데이터와 얼마나 경쟁하는가요?
• RQ5 향후 LHC 런 또는 ILC와 같은 미래의 충돌기에서 LHT 서명을 발견할 가능성은 어떠한가요?

주요 결과

• 직접 LHC 탐색 결과만으로도 T-대칭이 있는 소규모 힉스 모형(LHT)은 대칭 붕괴 스케일 f ≳ 638 GeV까지 유효성이 유지된다.
• 전자약력 정밀도 관측량과 힉스 데이터를 통합하면 f ≲ 694 GeV에서 LHT 모형이 95% 신뢰수준에서 배제되며, 이는 직접 탐색보다 더 강력한 제약임을 시사한다.
• 단일제트 및 제트+에너지 누락 최종 상태에서의 직접 탐색은 EWPT 및 힉스 데이터와 경쟁 가능한 배제 한계를 제공하지만, 아직 주도적인 역할을 하진 않는다.
• b-제트가 요구되지 않는 한, 렙톤 최종 상태에서의 제트 및 에너지 누락은 히드로닉 최종 상태와 유사한 수준의 제약 능력을 보인다.
• 가벼운 미러 쿼크를 가진 LHT 모형은 더 높은 생산 단면적과 붕괴 분율로 인해 더 강하게 제약된다.
• 이 연구는 향후 LHC 및 HL-LHC 분석을 위한 두 가지 벤치마크 시나리오를 식별하였다: 하나는 가벼운 미러 쿼크를, 다른 하나는 무거운 미러 쿼크를 가진 것으로, 최적화된 탐색 전략을 안내하기 위해.