[논문 리뷰] Strategy to measure the Higgs mass, width and invisible decays at ILC

F. Richard, Philip Bambade|ArXiv.org|2007. 03. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 국제 선형 충돌기(ILC)를 힉스 보손 생성 임계값 이론에서만 작동시켜 힉스 보손의 질량, 너비, 고유하지 않은 붕괴를 정밀하게 측정하는 전략을 제안한다. 임계값 근처에서 우수한 반동 질량 해상도를 활용함으로써, mH = 120 GeV일 경우 필요한 루미너시를 한 계급 감소시키며, mH > 170 GeV인 경우 너비 측정이 가능하고 정밀한 고유하지 않은 분획 비율의 상한선 설정이 가능하다.

ABSTRACT

This document is meant to provide semi-quantitative arguments to evaluate the luminosity needed at ILC to achieve a precise measurement of the Higgs mass, width and invisible decays. It is shown that for mH=120 GeV, one can save an order of magnitude on the luminosity needed to achieve a given precision on the Higgs mass, as compared to what can be obtained at \sqrt s=350 GeV, by running near threshold. Since the recoil mass resolution near threshold is independent of the Higgs mass, one can also access the Higgs width for masses above 170 GeV. This strategy of running just above threshold is also optimal to measure or set upper limits on the Higgs invisible branching ratio. Two MSSM scenarios are presented to illustrate the potential interest of an optimized recoil mass resolution. A simplified description of the various experimental mechanisms affecting this type of measurement is presented: detector resolution for leptons and jets, luminosity and beamstrahlung energy dependence, initial and final radiation of the involved leptons.

연구 동기 및 목표

• ILC에서 정밀한 힉스 보손 측정을 위한 최적의 루미너시 요구 조건을 규명하기 위해.
• 히iggs 생성 임계값 근처에서 주행하는 것이 질량 및 너비 해상도 향상에 미치는 이점 평가를 위해.
• 히iggs의 고유하지 않은 분획 비율에 대한 정밀한 측정 또는 상한선 설정을 가능하게 하기 위해.
• 검출기 해상도, 빔 에너지 분포, 복사 효과가 측정 정밀도에 미치는 영향 평가를 위해.
• 반동 질량 기법을 사용하여 170 GeV 이상의 질량을 가진 힉스 너비를 측정할 수 있는 가능성 입증을 위해.

제안 방법

• 히iggs 쌍 생성 임계값 이론에서만 작동하는 e+e− 충돌을 이용하기 위해.
• 높은 정밀도로 힉스 질량을 재구성하기 위해 반동 질량 해상도 기법을 활용하기 위해.
• 레프톤 및 제트 에너지 해상도, 빔스트랄링 에너지 분포, 그리고 초기 및 최종 상태 복사 효과를 포함한 검출기 효과 모델링을 위해.
• 루미너시 및 에너지 의존성을 시뮬레이션하여 표준 주행 모드 대비 정밀도 향상을 정량화하기 위해.
• 감도가 고유하지 않은 붕괴 및 너비 측정에 미치는 영향을 보여주기 위해 두 가지 MSSM 시나리오에 방법 적용을 위해.
• 핵심 시스템적 오차가 측정 정확도에 미치는 영향 평가를 위해 단순화된 실험 모델을 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ILC에서 주어진 정밀도를 확보하기 위해 필요한 루미너시는 얼마나 되는가?
• RQ2 히iggs 질량 및 너비 측정에 있어 표준 ILC 주행 모드 대비 임계값 주행의 이점은 무엇인가?
• RQ3 반동 질량 해상도를 사용하여 170 GeV 이상의 질량을 가진 힉스 너비를 측정할 수 있는가?
• RQ4 어떻게 반동 질량 해상도가 고유하지 않은 분획 비율의 정밀한 결정에 기여하는가?
• RQ5 임계값 근처에서 힉스 질량 및 너비 측정에 영향을 미치는 주요 시스템적 오차는 무엇인가?

주요 결과

• mH = 120 GeV일 경우, √s = 350 GeV 대비 임계값 이론에서만 작동하는 전략은 필요한 루미너시를 한 계급 감소시킨다.
• 임계값 근처에서 반동 질량 해상도는 힉스 질량과 무관하여 넓은 범위의 정밀 질량 측정이 가능하다.
• 임계값 전략은 170 GeV 이상의 질량에서 힉스 너비 측정이 가능하게 한다.
• 이 방법은 힉스 고유하지 않은 분획 비율 상한선 설정에 최적이다.
• 향상된 반동 질량 해상도는 MSSM 시나리오에서 고유하지 않은 붕괴 감도를 크게 향상시킨다.
• 빔스트랄링, 초기 및 최종 상태 복사, 검출기 해상도 등의 시스템적 오차는 정량화되었으며 최적화된 설계로 관리 가능한 것으로 나타났다.