[논문 리뷰] Multiple b-jets reveal natural SUSY and the 125 GeV Higgs

David Berenstein, Tao Liu외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 자연스러운 초대칭에서 14 TeV LHC에서 힉스 보손의 바텀 쿼크 붕괴(h → bb) 채널에서 신호 대 배경 비율을 향상시키기 위해 다중 b-제트 태깅(≥4 제트)과 색 흐름 변수를 사용하는 것을 제안한다. 실제로 표준모형 유사 힉스 공명은 40 fb⁻¹ 미만의 데이터로도 0.3–0.4의 신호 대 배경 비율을 달성할 수 있으며, 자연스러운 슈퍼대칭 및 토퍼너트 캐스케이드 붕괴를 보이는 관련 모델에서 실현 가능한 탐색 전략을 제공한다.

ABSTRACT

We demonstrate that in natural supersymmetry (SUSY), h-> b b can be a very promising channel to discover the SM-like Higgs resonance at the Large Hadron Collider (LHC), although in general contexts it is thought to be challenging because of its huge QCD background. In this scenario, the SM-like Higgs boson is mainly produced via cascade decays initiated by pair-produced stop or sbottom squarks. The good sensitivity to h -> b b owes a great deal to the application of multiple (>= 4) b-jet tagging in removing the QCD background, and color-flow variables for reconstructing the Higgs resonance. We show in two benchmark points that a SM-like Higgs resonance can be discovered at the 14 TeV LHC (with a signal-to-background ratio as high as 0.3-0.4), with ~< 40/fb of data. Potentially, this strategy can be also applied to non-SUSY theories with natural EW symmetry breaking and cascade decays of top partners for the SM-like Higgs search, such as little Higgs, composite Higgs, and Randall-Sundrum models.

연구 동기 및 목표

• 자연스러운 초대칭에서 QCD 배경이 매우 크기 때문에 힉스 보손이 바텀 쿼크로 붕괴하는 것(h → bb)을 탐지하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 다중 b-제트 태깅과 운동량 재구성 기법이 QCD 배경을 상당히 억제하고 신호 감도를 향상시킬 수 있는지 탐색하기 위해.
• 스톱 또는 스불터 스퀘어크의 캐스케이드 붕괴를 통해 자연스러운 초대칭에서 표준모형 유사 힉스 공명을 발견할 수 있는 가능성을 입증하기 위해.
• 이러한 방법을 자연 전자약 대칭 붕괴와 토퍼너트 캐스케이드 붕괴를 보이는 비-SUSY 모델로도 확장 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• h → bb 붕괴 채널에서 지배적인 QCD 다제트 배경을 억제하기 위해 다중 b-제트 태깅(≥4개의 b-제트)을 적용하기 위해.
• 스톱 또는 스불터 스퀘어크의 캐스케이드 붕괴에서 최종 상태 쿼크로부터 힉스 공명을 재구성하기 위해 색 흐름 변수를 사용하기 위해.
• 스톱과 스불터 쿼크의 쌍 생성 이후 토퍼 쿼크와 힉스 보손으로의 캐스케이드 붕괴를 시뮬레이션하여 신호 사건을 생성하기 위해.
• 14 TeV LHC의 현실적인 검출기 수준 시뮬레이션을 사용하여, 신호 대 배경 비율과 통계적 유의성을 평가하기 위해.
• 자연스러운 초대칭 파rameter 공간 내 두 가지 특정 점에서 방법의 성능을 검증하기 위해 벤치마킹하기 위해.
• 이 방법의 적용 가능성을 리틀 힉스, 복합 힉스, 랜달-선드룸 모델과 같은 자연 전자약 대칭 붕괴를 보이는 다른 모델로 확장하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자연스러운 초대칭 내에서 h → bb 붕괴 채널에서 다중 b-제트 태깅과 색 흐름 재구성 기법이 QCD 배경을 효과적으로 억제할 수 있는가?
• RQ2 14 TeV LHC에서 자연스러운 초대칭에서 캐스케이드 붕괴를 통해 표준모형 유사 힉스 보손을 발견하기 위해 달성 가능한 최대의 신호 대 배경 비율은 얼마인가?
• RQ3 실제 조건에서 이 채널에서 힉스 보손을 발견하기 위해 필요한 통합 루미너시티는 어느 정도인가?
• RQ4 이 방법은 자연 전자약 대칭 붕괴와 토퍼너트 캐스케이드 붕괴를 보이는 비-SUSY 모델로 얼마나 일반화할 수 있는가?

주요 결과

• 자연스러운 초대칭에서 14 TeV LHC에서 다중 b-제트 태깅과 색 흐름 재구성 기법을 사용할 경우, h → bb 붕괴 채널의 신호 대 배경 비율은 0.3–0.4에 도달한다.
• 제안된 전략을 통해 표준모형 유사 힉스 공명은 40 fb⁻¹ 미만의 통합 루미너시티로도 발견 가능하다.
• 엄격한 b-제트 태깅과 운동량 재구성 덕분에 QCD 배경이 효과적으로 억제되어 관측 가능한 수준의 신호 감도를 확보할 수 있다.
• 스톱 또는 스불터 캐스케이드 붕괴를 통해 힉스를 생성하는 자연스러운 초대칭 벤치마크 점들에서 이 전략은 강건하다.
• 리틀 힉스 및 복합 힉스 모델과 같은 자연 전자약 대칭 붕괴와 토퍼너트 캐스케이드 붕괴를 보이는 다른 모델로도 이 방법은 이식 가능하다.
• 색 흐름 변수는 높은 배경 수준에도 불구하고 공명 재구성 능력을 크게 향상시켜 신호의 유의성을 증가시킨다.