[논문 리뷰] Recent Developments in HiggsBounds and a Preview of HiggsSignals

P. Bechtle, Oliver Brein외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 HiggsBounds-3.8.0에 대한 최근 개선 사항을 제시하며, LHC 및 테바트론 데이터를 사용하여 BSM 힉스 모델을 보다 정확하게 배제할 수 있도록 향상된 표준모형 유사성 테스트에 초점을 맞춘다. 또한 HiggsSignals-1.0.0를 도입하여 신호 강도 및 질량 측정값에 기반한 힉스 섹터 예측에 대한 $\chi^{2}$ 기반 전역 피팅을 수행할 수 있는 새로운 도구를 제공한다. 이 도구는 MSSM에 적용된 결과를 보여주며, 더 무거운 CP-짝성 힉스 보손 $H$가 126 GeV LHC 신호를 설명할 수 있으며, 최적 피팅에서 $\chi^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$의 결과를 얻는다. $(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$에서 성립한다.

ABSTRACT

We report on recent developments in the public computer code HiggsBounds, which confronts arbitrary Higgs sector predictions with 95% C.L. exclusion limits from Higgs searches at the LEP, Tevatron and LHC experiments. We discuss in detail the performance of the Standard Model (SM) likeness test as implemented in the latest version HiggsBounds-3.8.0, whose outcome decides whether a search for a SM Higgs boson can be applied to a model beyond the SM. Furthermore, we give a preview of features in the upcoming version HiggsBounds-4.0.0 and the new program HiggsSignals, which performs a chi-squared test of Higgs sector predictions against the signal rate and mass measurements from Higgs boson analyses at the Tevatron and LHC. This is illustrated with an example where the heavier CP-even Higgs boson of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is considered as an explanation of the LHC Higgs signal at ~126 GeV.

연구 동기 및 목표

• HiggsBounds에서 표준모형 유사성 테스트를 개선하여 BSM 힉스 모델의 배제 정확도를 높이기 위해.
• HiggsBounds-4.0.0를 통해 8 TeV LHC 전체 데이터셋에 대한 적용 범위를 확장하기 위해.
• HiggsSignals-1.0.0를 개발하여 LHC 및 테바트론의 신호 강도 및 질량 측정값에 기반한 힉스 섹터 예측에 대한 전역 $\chi^{2}$ 피팅을 수행할 수 있는 새로운 도구를 제공하기 위해.
• 126 GeV LHC 힉스 신호가 MSSM에서 더 무거운 CP-짝성 힉스 보손 $H$로 해석될 수 있는지 검증하기 위해.
• 미래의 HiggsBounds 버전에 LEP $\chi^{2}$ 정보를 통합하여 실험적 제약 조건과의 일관성을 향상시키기 위해.

제안 방법

• HiggsBounds-3.8.0의 표준모형 유사성 테스트는 다양한 신호 토폴로지(예: ggf, VBF, HW, HZ, Ht\bar{t})에 대한 표준모형 가중치를 사용하여, 주어진 분석에 적용 가능한지 여부를 평가한다.
• 이 테스트는 각 토폴로지에 대해 모델의 신호 강도 수정자 $\mu$를 효과적 결합 $c_i$와 비교하며, 표준모형이 총 신호 강도에 기여할 것으로 예상되는 비율에 따라 편차를 가중한다.
• HiggsSignals-1.0.0는 ATLAS, CMS, DØ, CDF의 측정값에서 유도된 표준오차 상관관계를 포함한, 표준오차 기반의 전체 $\chi^{2}$ 테스트를 수행한다.
• 실험에서 힉스 보손들이 분간되지 않을 경우 중첩된 신호 기여를 고려하여 $\chi^{2}$ 계산에 신호 강도의 초합을 사용한다.
• 코드는 LEP $\chi^{2}$ 제약 조건을 HiggsBounds-4.0.0에 통합하여, LHC 이전 제약 조건을 일관되게 처리할 수 있도록 한다.
• 입력은 SUSY 모델의 SLHA 블록을 통해 제공되며, 사용자 정의 매개변수에서 유도된 효과적 결합 및 붕괴 비율을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HiggsBounds의 표준모형 유사성 테스트는 BSM 힉스 모델이 주어진 표준모형 힉스 탐색 분석에 적합한지 정확하게 판단할 수 있는가?
• RQ2 표준모형 유사성 테스트에 표준모형 가중치를 포함함으로써, LHC 배제 한계가 비표준모형에 적용될 수 있는 범위가 어떻게 확대되는가?
• RQ3 현재 데이터를 바탕으로 MSSM에서 더 무거운 CP-짝성 힉스 보손 $H$가 126 GeV LHC 힉스 신호를 얼마나 잘 설명할 수 있는가?
• RQ4 H가 126 GeV에서 신호를 설명하는 MSSM 시나리오의 전역 $\chi^{2}$ 피팅 품질은 어떠한가? 최적 피팅 매개변수는 무엇인가?
• RQ5 HiggsBounds-4.0.0에 LEP $\chi^{2}$ 정보를 통합함으로써 LHC 이전 제약 조건과의 일관성이 어떻게 향상되는가?

주요 결과

• HiggsBounds-3.8.0의 표준모형 유사성 테스트는 글루온 융합 채널이 그대로 유지되더라도, 표준모형 기대와 크게 다를 경우의 모델을 성공적으로 식별한다.
• 표준모형 유사성 테스트에 표준모형 가중치를 포함함으로써, 보조 채널(예: VBF, HW, HZ)의 표준모형 기준 강도에서의 편차가 더 커져도 분석의 유효성이 유지된다.
• 더 무거운 CP-짝성 힉스 보손 $H$가 126 GeV LHC 신호를 설명하는 MSSM 시나리오는 $(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$에서 최적 피팅 점을 보이며, $\chi^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$의 결과를 얻는다.
• 이 시나리오에서 더 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 $h$는 $Z$ 보손과의 결합이 감소하여 LEP 배제 한계를 회피할 수 있다.
• 최적 피팅 시나리오에서의 전하를 가진 힉스 보손 $H^{\pm}$는 질량 126 GeV이며, $t \to H^{+}b \to \tau^{+}\nu_{\tau}b$ 붕괴 비율이 ATLAS 배제 한계에 매우 가까워, 더 많은 데이터로는 발견 가능할 수 있다.
• HiggsSignals-1.0.0는 표준오차 상관관계를 포함한 여러 실험 측정값과의 일관된 전역 $\chi^{2}$ 기반 비교를 가능하게 하여, 힉스 섹터 예측의 정합성을 향상시킨다.