[論文レビュー] Exclusive Production of the MSSM Higgs Bosons at the LHC.

S. Heinemeyer, V. A. Khoze+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける前方陽子検出器を用いたMSSMヒッグスボソンの中心的排他的生成（CEP）を調査し、ヒッグスボソンのスピンおよびCP量子数を調べる強力な手法としてCEPを提案する。600 fb⁻¹の統合 luminosityのもとで、LHCの除外限界を考慮しても、軽いMSSMヒッグスボソンに対して3σの有意性が達成可能であり、ゲージボソンの崩壊に依存せずにヒッグスボソンのスピン・パリティ性質を直接決定できることが示されている。

ABSTRACT

We review the prospects for Central Exclusive Production (CEP) of BSM Higgs bosons at the LHC using forward proton detectors proposed to be installed at standard benchmark scenarios and in scenarios compatible with the Cold Dark Matter relic abundance and other precision measurements. Following results of the LHC Higgs boson searches, we investigate a hypothesis that candidates found at a mass of \unit{125}{\GeV} are compatible with light CP-even MSSM Higgs bosons. We show that CEP can give a valuable information about spin-parity properties of the Higgs bosons.

研究の動機と目的

• LHCにおける中心的排他的生成（CEP）を用いたMSSMヒッグスボソンの検出可能性を評価すること。
• LHCヒッグス探索結果（特に125 GeVの候補）がMSSMパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• ゲージボソンの崩壊モードに依存せずに、ヒッグスボソンのスピンおよびCP量子数を決定する手法としてCEPを検討すること。
• 現実的な光度および効率の仮定のもとで、軽量および重いMSSMヒッグスボソンのCEP生成に関する更新された信号およびバックグラウンド予測を提供すること。

提案手法

• 本研究では、MSSMにおける正確なヒッグスボソン質量および結合定数の計算にFeyHiggsコードを用いる。
• ハード過程計算および検出器シミュレーションの仮定に基づき、CEP信号およびバックグラウンド予測を適用する。
• 4つの光度シナリオを検討する：低および高瞬間的光度における60 fb⁻¹および600 fb⁻¹で、それぞれ2倍の効率向上あり・なしのケースを含む。
• LHCヒッグス探索からの除外限界（HiggsBounds 3.6.0経由）を組み込み、LEPおよびTevatronの制約と比較する。
• MSSMパラメータ空間は、Mmax_h、ミキシングなし、CDM適合モデルを含むベンチマークシナリオを用いてMA–tanβ平面で探索する。
• スピンおよびCP性質は、CEPに内在するJz = 0、C偶数、P偶数の選択則に基づき推定され、ゲージボソンの崩壊に依存せずに量子数を直接決定可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のLHCの除外限界を考慮しても、LHCにおける中心的排他的生成が、軽いMSSMヒッグスボソンに対して3σの証拠を提供できるか？
• RQ2 125 GeVの観測されたヒッグスボソン候補が、CEPフレームワーク内での軽いCP偶数MSSMヒッグスボソンであるという仮説は、どの程度妥当か？
• RQ3 ゲージボソンへの崩壊に依存せずに、CEPを用いてヒッグスボソンのスピンおよびCP量子数を決定できるか？
• RQ4 標準模型に類似した崩壊が抑制される状況において、CEPがMSSMヒッグスボソンのCP偶数またはCP奇数性をどの程度感度よく検出できるか？
• RQ5 従来のヒッグス探索結果と組み合わせた場合、CEPが異なるMSSMヒッグス状態をどの程度明確に区別できるか？

主な発見

• 600 fb⁻¹の統合光度のもとで、CEPチャンネルにおいて軽いMSSMヒッグスボソンに対して3σの発見的有意性が達成可能である。
• 125 GeVのLHCヒッグス候補が軽いCP偶数MSSMヒッグスボソンであるという仮説は、CEPフレームワーク内では依然として妥当であるが、許容可能なパラメータ空間は制限されている。
• CEPは、Jz = 0、C偶数、P偶数の選択則に起因し、ゲージボソンの崩壊モードに依存せずにスピンおよびCP量子数を直接プローブできる。
• LHCの除外限界を適用しても、特にMmax_hおよびCDMベンチマークシナリオにおいて、MSSMヒッグスボソンのCEPにおける信号率は依然として顕著である。
• 軽いMSSMヒッグスボソンに対しては、CEPが従来のチャンネルとは一線を画し、WW/ZZへの結合が4l最終状態で利用可能でないほど弱いため、独自の利点を有する。
• 標準ヒッグス探索モードからの信号と組み合わせた場合、CEPで得られる少数のイベントでさえ、新しいヒッグス様状態のスピンおよびCP構造について決定的な情報を提供できる。