[論文レビュー] Higgs searches at CMS

Roberto Salerno|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、√s = 7および8 TeVの陽子-陽子衝突におけるCMS実験の標準模型ヒッグス粒子探索結果を提示しており、125 GeVに狭い共鳴状態が観測され、局所的有意度は5.0σであり、標準模型ヒッグス粒子の性質と整合的である。さらに、フェルミオンに結合しないヒッグス粒子やMSSMのシナリオを含む、標準模型を逸脱するヒッグス粒子についての制約が報告されており、バックグラウンド予想を超える顕著な過剰は観測されなかった。

ABSTRACT

Results are summarized from searches for the standard model Higgs boson in pp collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV in the CMS experiment at the LHC. The measurements of mass, cross section, and properties of the narrow resonance recently observed are presented. The searches beyond standard model Higgs boson, in the CMS experiment at the LHC, are highlighted.

研究の動機と目的

• CMS検出器を用いて、√s = 7および8 TeVの陽子-陽子衝突において標準模型ヒッグス粒子を探索すること。
• 125 GeVの新たに観測された狭い共鳴状態の質量、生成断面積、崩壊性質を測定すること。
• 結合定数のスキャンを用いて、観測された共鳴状態が標準模型ヒッグス粒子とどの程度整合するかを検証すること。
• フェルミオンに結合しないヒッグス状態やMSSMヒッグス状態を含む、標準模型を逸脱するヒッグス粒子に対するきびしい制限を設定すること。
• 次に最小限の超対称標準模型やタイプ-IIシーイングモデルを含む、拡張されたヒッグス系のパラメータ空間を制約すること。

提案手法

• CMS検出器は、シリコントラッカー、電磁・ハドロン・カリメータ、ミュオン室からの情報を用いて、粒子フロー法を用いて粒子を再構築および同定する。
• 探索は5つの主要なヒッグス崩壊モード（H→γγ、H→ZZ→4ℓ、H→WW→ℓνℓν、H→ττ、H→bb）を対象とし、各モードで最適化された選別基準と多次元解析技術が用いられている。
• バックグラウンドは制御領域におけるインヴァリエント質量フィットを用いてデータから推定され、モンテカルロシミュレーションへの依存を最小限に抑える。
• 系統的不確実性を誤差予算に組み込みながら、プロファイル尤度フィットを用いて信号強度を標準模型予想に対して測定する。
• 結合定数のずれは、2つの自由パラメータ（cV：ベクトルボソン、cF：フェルミオン）を用いて調査され、2次元尤度スキャンにより標準模型との整合性がテストされている。
• 観測および予想される95%信頼水準における上限を用いて、さまざまなベンチマークシナリオにおいてBSMヒッグスモデルの除外限界が導出されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 110–150 GeVの質量範囲において、標準模型ヒッグス粒子と整合する狭い共鳴状態の証拠は存在するか？
• RQ2 125 GeVの共鳴状態の測定された信号強度および結合比は、標準模型の予測とどの程度一致するか？
• RQ3 ベクトルボソンおよびフェルミオンへの結合定数のずれを許容した場合、観測された共鳴状態が標準模型ヒッグス粒子とどの程度整合するか？
• RQ4 さまざまな質量において、二光子に崩壊するフェルミオンに結合しないヒッグス粒子の除外限界は何か？
• RQ5 CMSの結果は、MSSMおよびnMSSMのヒッグス系のパラメータ空間をどの程度制約するか？

主な発見

• 125 GeVに位置する狭い共鳴状態に対して、局所的有意度は5.0σであり、7および8 TeVの統合データにおける局所p値は4.1σであった。
• 125 GeVのヒッグス粒子の測定された信号強度はσ/σSM = 1.6 ± 0.4であり、標準模型の予想と整合的である。
• WおよびZボソンへの結合比は、カスティドナル対称性と整合的であり、cV = 1.00 ± 0.17であった。
• フェルミオンへの結合はcF = 0.96 ± 0.20として測定され、(cV, cF) = (1,1)の標準模型点は95%信頼区間内に含まれていた。
• フェルミオンに結合しないヒッグス粒子に関して、2011年および2012年の統合データは、110–140 GeVの質量範囲で、FP断面積の1.0倍を超える断面積を除外した。
• MSSM平面（MA, tanβ）において、観測および予想される95%信頼水準の除外限界は、特にtanβが大きく、MA > 300 GeVの場合に、パラメータ空間の広い領域を除外した。