[論文レビュー] Distributions for Higgs + jet at hadron colliders: MSSM vs SM

Oliver Brein, W. Hollik|ArXiv.org|Oct 25, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LHCおよびテバトロンにおけるMSSMとSMにおけるヒッグスボソン＋ジェット生成の比較的評価を提示し、偽レピディティおよび横運動量における微分断面積に焦点を当てる。次-leading order QCDおよび有効場理論的手法を用いて、$ m_A $ が小さく $ \tan\beta $ が大きい場合、MSSMはSMに比べて断面積が最大22倍に達することを示しており、$ p_T $ スペクトルが著しく緩やかで、$ b $-クォークが支配する木レベル過程による中心部ジェット生成の増幅が見られる。

ABSTRACT

We present pseudorapidity and transverse momentum distributions for the cross section for the production of the lightest neutral Higgs boson in association with a high-p_T hadronic jet, calculated in the framework of the minimal supersymmetric standard model. We discuss the theoretical predictions for the differential cross sections at the Large Hadron Collider and the Tevatron. In particular, we present the differences in the distributions compared to the Standard Model.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるMSSMおよびSMにおけるヒッグス＋ジェット生成の微分断面積を比較すること。
• 超対称的ループ効果および木レベルの $ b $-クォークが駆動する過程がヒッグス＋ジェット分布に与える影響を調査すること。
• MSSMとSMの予測における $ p_T $ および偽レピディティ（$ \eta $）分布の差を定量化すること。
• 現実的な実験的カットを適用した場合に、LHCおよびテバトロンにおけるMSSMヒッグスボソンのヒッグス＋ジェットチャンネルによる検出可能性を評価すること。
• 特に低 $ m_A $ および大 $ \tan\beta $ の状況において、MSSMとSMを区別することができる運動量的特徴を特定すること。

提案手法

• LHCにおける $ pp \to h^0 + \text{jet} + X $ およびテバトロンにおける $ p\bar{p} \to h^0 + \text{jet} + X $ の微分断面積 $ d^2\sigma/d\eta_{\text{jet}}dp_T $ を、次-leading order QCD補正を用いて計算した。
• MSSMにおけるループ誘導型グルーオン融合およびクォーク-グルーオン散乱過程をモデル化するために、有効場理論手法を採用した。
• 仮想的なスーパーパartner（例：グルーギノ）の寄与をループ図に含め、SMとは異なった $ ggH $ および $ qgH $ カップリングを修正した。
• パラメータ空間を探索するため、$ m_A = 400\,\text{GeV} $ および $ m_A = 110\,\text{GeV} $、$ \tan\beta = 30 $ の条件下で $ m_h^{\text{max}}(400) $ シナリオを用いた。
• 標準的なカット（$ p_T > 30\,\text{GeV} $、$ |\eta| < 4.5 $）を適用し、実際の検出器の受容性を模擬した。
• 各シナリオにおいてMSSMの $ h^0 $ 質量をSMヒッグスボソンの質量に一致させることで、MSSM予測とSM断面積を直接比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるヒッグス＋ジェット最終状態の $ p_T $ および偽レピディティ分布は、MSSMとSMでどのように異なるか？
• RQ2 仮想的スーパーパartnerが、MSSMにおけるヒッグス＋ジェット生成の微分断面積に及ぼす影響は何か？
• RQ3 MSSMにおける $ b $-クォークヤコビ・カップリングの増幅は、低 $ m_A $ 時に木レベルの $ b $-クォークが駆動する過程の支配的寄与にどのように影響するか？
• RQ4 MSSMにおけるヒッグス＋ジェット断面積は、SMのレートをどの程度上回り得るか？また、その増幅が最も顕著になるパラメータ条件は何か？
• RQ5 低 $ m_A $ および大 $ \tan\beta $ の状況において、テバトロンにおけるヒッグス＋ジェットチャンネルは、MSSMヒッグスボソンの発見に有効なチャンネルとみなせるか？

主な発見

• MSSMの $ m_h^{\text{max}}(400) $ シナリオ（$ m_A = 400\,\text{GeV} $）において、MSSM断面積は1.096 pb、SMでは1.448 pbであり、比 $ R = \sigma_c / \sigma_f $ の相対差は4.2%であった。
• 低 $ m_A $ シナリオ（$ m_A = 110\,\text{GeV} $、$ \tan\beta = 30 $）では、MSSM断面積は175 pbに達し、SMの約8 pbに比べて22倍に上回った。
• 低 $ m_A $ 時のMSSMにおける $ p_T $ スペクトルは、SMに比べて著しく緩やかで、$ p_T = 100\,\text{GeV} $ で10倍の増幅を示したが、$ 850\,\text{GeV} $ 以上ではレートがほぼ同等になった。
• 低 $ m_A $ シナリオにおいて、MSSMでは中央部（$ |\eta| < 2 $）に生成されるジェットの割合が93%に達したのに対し、SMでは85%にとどまり、中心部ジェット増幅が顕著に強化された。
• 微分断面積 $ d^2\sigma/d\eta_{\text{jet}}dp_T $ の相対差はMSSMとSMで最大10%に達し、特定の位相空間領域では絶対差が10 fb/GeVを超えた。
• テバトロンでは、低 $ m_A $ 時にSMに比べて最大30倍の断面積増幅が見られたため、有利なパラメータ条件下ではMSSMヒッグス＋ジェット信号の観測が可能であり、発見の有効なチャンネルとみなせる。