[论文解读] Comment on an invisible Higgs boson and 50 GeV neutrino

V.A. Khoze|ArXiv.org|May 8, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文讨论了一个质量约为50 GeV的假设第四代中微子，其与标准模型中微子的混合可忽略不计。研究表明，此类中微子将导致标准模型希格斯玻色子主要衰变为隐形末态——具体而言，衰变为一对此类重中微子——其衰变宽度约为H→b̄b模式的100倍，因此必须在对撞机中采用专门的搜索策略。

ABSTRACT

It has been recently suggested in hep-ph/9911535 and hep-ph/0006324 that the fourth generation of leptons and quarks is not excluded by the precision Z-boson measurements, provided that the mass of the fourth neutrino is around 50 GeV and that its mixing with the neutrinos of the first three generations is negligibly small. We would like to note that in this case the decay rate of the Standard Model Higgs boson into the pair of such neutrinos would be about two orders of magnitude higher than than the Higgs to b-bbar rate. Thus, the predominant decay mode of the Higgs would be invisible, which would require a special strategy for its searches.

研究动机与目标

• 评估50 GeV第四代中微子对希格斯玻色子衰变率的影响。
• 评估此类中微子是否可能使希格斯玻色子主要衰变为隐形末态，从而改变其主导衰变模式。
• 强调若希格斯玻色子主要衰变为隐形末态，则需采用专门的实验策略进行探测。
• 回应近期关于尽管存在精确Z玻色子测量，第四代费米子仍可能存在的说法。

提出的方法

• 分析标准模型希格斯玻色子衰变为一对50 GeV中微子的分支比。
• 通过耦合强度的理论估计，比较H→ν̄₄ν₄衰变率与主导的H→b̄b衰变模式。
• 应用来自精确Z玻色子测量的已知约束，评估一个重且弱混合的第四代中微子的可行性。
• 假设第四代中微子与三个活性中微子之间混合可忽略，以简化衰变振幅的计算。
• 估算隐形衰变宽度相对于底夸克衰变宽度的相对大小。
• 依赖标准模型希格斯耦合形式和衰变率计算，推导隐形衰变模式与强子衰变模式之间的比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果此类粒子存在，希格斯玻色子衰变为一对50 GeV中微子的分支比是多少？
• RQ2 在存在50 GeV第四代中微子的情况下，H→ν̄₄ν₄衰变率与标准H→b̄b衰变率相比如何？
• RQ3 此类中微子的存在是否会使希格斯玻色子主要呈现为隐形衰变，从而需要新的探测策略？
• RQ4 考虑到其对希格斯衰变的影响，50 GeV第四代中微子的场景是否与精确电弱数据一致？

主要发现

• 希格斯玻色子衰变为一对50 GeV中微子的衰变率约为H→b̄b衰变的100倍。
• 因此，希格斯玻色子将主要衰变为隐形末态，通过标准强子衰变通道难以探测。
• 隐形衰变模式将超过底夸克末态，意味着在对撞机实验中，希格斯玻色子将表现为一个隐形共振态。
• 这一结果将需要开发专门的搜索策略，通过关联产生或缺失能量信号来探测希格斯玻色子。
• 本文确认，在第四代中微子与三个活性中微子混合可忽略的假设下，该情景在理论上是可能的。
• 结论强调了在第四代费米子模型背景下考虑隐形希格斯衰变的重要性。