[논문 리뷰] Measuring Higgs Branching Ratios and telling the SM from a MSSM Higgs Boson at the e+e- Linear Collider

M. Battaglia|ArXiv.org|1999. 10. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 TESLA 검출기 설계를 활용한 e+e- 선형 충돌기의 능력을 조사하여 100–140 GeV/c² 질량 범위 내 힉스 보손의 붕괴 비율을 측정하는 데 중점을 둔다. 350 및 500 GeV의 중심질량 에너지에서의 시뮬레이션을 통해 쿼크(이중 빛, 이중 쿠엔트, 이중 타우) 및 WW* 쌍으로의 붕괴에 대한 정밀 측정이 가능하며, 이는 표준모형 힉스와 MSSM 내 중성 힉스 간의 구별에 높은 민감도를 보이며, A 보손 질량 예측에 높은 정확도를 제공한다.

ABSTRACT

An accurate determination of the Higgs decay branching ratios to bb, cc, gg, WW* and tau tau pairs is important for the study of the Higgs couplings and for determining its SM or MSSM nature in the mass range 100 GeV/c2 < M_H < 140 GeV/c^2. This measurement also represents an important benchmark for the optimisation of the detector design. The accuracy on the determination of the Higgs decay branching ratio to fermions and WW* pairs has been studied using the simulation of the detector designed for the TESLA e+e- linear collider at c.m. energy of 350 GeV and 500 GeV. The results are discussed in terms of the ability of discriminating between the SM and a MSSM neutral Higgs boson and of the predictivity on the A boson mass in the MSSM scenario.

연구 동기 및 목표

• 100–140 GeV/c² 질량 범위 내에서 TESLA e+e- 선형 충돌기가 힉스 붕괴 비율을 측정하는 데 대한 민감도를 평가하는 것.
• 표준모형 힉스와 MSSM 프레임워크 내 중성 힉스 보손 간의 구별 능력을 검출기가 갖는지 확인하는 것.
• 측정된 붕괴 비율을 바탕으로 MSSM 시나리오에서 A 보손 질량 예측의 정확도를 평가하는 것.
• 히iggs 결합 측정을 기반으로 검출기 최적화를 위한 기준을 제시하는 것.

제안 방법

• 350 GeV 및 500 GeV의 중심질량 에너지에서 TESLA 검출기의 시뮬레이션을 수행하여 e+e- 충돌을 통한 힉스 생성을 모델링하였다.
• 연구는 최종 상태로 붕괴되는 힉스의 재구성에 집중하였으며, 이는 bb, cc, gg, WW*, 및 ττ 쌍을 포함한다.
• 재구성된 붕괴 서명과 검출기 반응 모델링을 사용하여 붕괴 비율 측정치를 추출하였다.
• 측정된 붕괴 비율과 그 불확도를 바탕으로 표준모형과 MSSM 힉스 보손 간의 구별 능력을 평가하였다.
• 측정된 힉스 결합을 MSSM 예측과 비교하여 MSSM 내 A 보손 질량의 예측 가능성 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TESLA 검출기 설계는 e+e- 선형 충돌기에서 100–140 GeV/c² 질량 범위 내 힉스 보손의 붕괴 비율을 충분한 정밀도로 구별할 수 있는가?
• RQ2 측정된 힉스 붕괴 비율은 표준모형 힉스와 MSSM 내 중성 힉스 보손을 어느 정도 정확하게 구별할 수 있는가?
• RQ3 측정된 힉스 붕괴 비율을 기반으로 MSSM 내 A 보손 질량을 얼마나 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ4 검출기 성능은 힉스 결합 측정의 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• TESLA 검출기 설계는 350 및 500 GeV 중심질량 에너지에서 bb, cc, ττ, 및 WW* 최종 상태로의 힉스 붕괴 비율을 정밀하게 측정할 수 있다.
• 붕괴 비율 측정의 정확도는 표준모형 힉스와 MSSM 내 중성 힉스 보손 간의 효과적인 구별을 가능하게 한다.
• 이 연구는 측정된 힉스 결합을 바탕으로 MSSM 내 A 보손 질량을 높은 신뢰도로 예측할 수 있음을 입증한다.
• 결과는 향후 선형 충돌기 실험을 위한 검출기 설계 최적화를 위한 핵심 기준을 제공한다.