[논문 리뷰] Higgs Boson Discovery and Properties

John F. Gunion, L. Poggioli외 1명|ArXiv.org|1997. 03. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 2 TeV pp 충돌기에서 W→ℓνbb̄ 및 Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄ 붕괴 채널에서 표준모형 힉스 보손의 발견 가능성을 평가한다. 고급 b-태깅 기술과 각도 절단을 사용하여, 통합 루미노사티가 각각 24.5 fb⁻¹ 및 30 fb⁻¹일 경우 120–130 GeV의 질량을 가진 힉스 보손의 발견이 가능하며, Z→bb̄ 채널에서 신호 대 배경 비율이 뚜렷하게 높다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

We outline issues examined and progress made by the Light Higgs Snowmass 1996 working group regarding discovering Higgs bosons and measuring their detailed properties. We focused primarily on what could be learned at LEP2, the Tevatron (after upgrade), the LHC, a next linear $\epem$ collider and a $\mupmum$ collider.

연구 동기 및 목표

• 2 TeV pp 충돌기에서 W→ℓνbb̄ 및 Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄ 붕괴 채널에서 표준모형 힉스 보손의 발견 가능성을 평가한다.
• 고급 b-태깅 기술과 운동학적 절단을 적용하여 힉스 보손 탐지 민감도를 향상시킨다.
• 네 개의 b-제트를 포함하는 Z→bb̄ 최종 상태에서 힉스 보손을 탐지할 수 있는 가능성을 탐색한다.
• 130 GeV까지의 질량을 가진 힉스 보손의 발견을 위해 필요한 루미노사티를 규명한다.
• W 및 Z 붕괴 채널에서 신호 대 배경 비율에 대한 통계적 유의성 추정치를 제공한다.

제안 방법

• CDF 소프트 레프톤 b-태깅, 느슨한 제2차점성점 b-태깅, 표준 제2차점성점 b-태깅 기술을 사용하여 b-제트 식별을 향상시킨다.
• W-히iggs 중심질량 프레임에서의 힉스 산란 각도 θ에 대해 |cos(θ)| < 0.8 조건을 적용한다.
• 태깅된 두 개의 b-제트의 진동 질량을 재구성하여 힉스 붕괴를 식별한다.
• Z→bb̄ 채널에서 발견 가능성을 평가하기 위해 신호 대 배경(S/B) 비율을 지표로 사용한다.
• 다양한 힉스 질량(60–120 GeV)과 다양한 루미노사티에서 신호 및 배경 사건을 시뮬레이션하고 분석한다.
• CDF 및 D0 실험의 결과를 통합하여 표준모형 힉스 질량 mhSM = 130 GeV까지의 향상된 발견 가능성을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2 TeV에서 W→ℓνbb̄ 및 Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄ 붕괴 모드에서 질량이 60–120 GeV인 표준모형 힉스 보손을 발견하기 위해 필요한 최소 통합 루미노사티는 얼마인가요?
• RQ2 추가적인 b-태깅 기술과 각도 절단은 힉스 보손 발견에서 신호 대 배경 비율을 어떻게 향상시키나요?
• RQ3 Z→bb̄ 최종 상태는 W→ℓνbb̄ 채널에서 힉스 보손의 발견을 어느 정도 지원할 수 있나요?
• RQ4 W 및 Z 붕괴 채널에서 30 fb⁻¹의 통합 루미노사티로 탐지 가능한 최대 힉스 질량은 얼마인가요?
• RQ5 CDF 및 D0 실험의 데이터를 통합하면 힉스 보손의 발견 가능성이 어떻게 확장되나요?

주요 결과

• mhSM = 60 GeV일 경우, W→ℓνbb̄ 채널에서 3.5 fb⁻¹의 통합 루미노사티로 발견이 가능하다.
• mhSM = 80 GeV일 경우, W→ℓνbb̄ 채널에서 발견을 위해 5.5 fb⁻¹의 루미노사티가 충분하다.
• mhSM = 100 GeV일 경우, W→ℓνbb̄ 채널에서 발견을 달성하기 위해 11 fb⁻¹이 필요하다.
• mhSM = 120 GeV일 경우, W→ℓνbb̄ 채널에서 발견을 위해 24.5 fb⁻¹이 필요하다.
• 30 fb⁻¹의 루미노사티로, W→ℓνbb̄ 채널은 힉스 질량을 최대 125 GeV까지 탐지할 수 있다.
• Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄ 채널에서 30 fb⁻¹ 루미노사티일 경우, 힉스 질량이 각각 90, 100, 110, 120 GeV일 때 S/B 비율이 4.3, 3.8, 3.5, 2.5로 달성된다.