[论文解读] Little Higgs Model Limits from LHC - Input for Snowmass 2013

Jürgen Reuter, Marco Tonini+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用 10

一句话总结

本文利用电弱精确测量数据和ATLAS与CMS的完整25 fb⁻¹ LHC希格斯玻色子数据，评估了小希格斯模型的约束条件——具体包括带T-宇称与不带T-宇称的最小小希格斯模型，以及最简小希格斯模型。研究发现，仅通过直接LHC搜索，带T-宇称的最小小希格斯模型在对称性破缺尺度f ≳ 638 GeV时仍保持可接受；而其他模型由于电弱和希格斯数据的限制，在更高尺度下已被排除。

ABSTRACT

The status of several prominent model implementations of the Little Higgs paradigm, the Littlest Higgs with and without discrete T-parity as well as the Simplest Little Higgs are reviewed. For this, we are taking into account a fit of 21 electroweak precision observables from LEP, SLC, Tevatron together with the full 25/fb of Higgs data reported by ATLAS and CMS. For the Littlest Higgs with T-parity an outlook on corresponding direct searches at the 8 TeV LHC is included. We compare their competitiveness with the EW and Higgs data in terms of their exclusion potential. This contribution to the Snowmass procedure contains preliminary results of DESY 13-123 and serves as a guideline for which regions in parameter space of Little Higgs models are still compatible for the upcoming LHC runs and future experiments at the energy frontier. For this purpose we propose two different benchmark scenarios for the Littlest Higgs with T-parity, one with heavy mirror quarks, one with light ones.

研究动机与目标

• 评估Run 1 LHC数据背景下，具有代表性的小希格斯模型——最小小希格斯（L2H）、最简小希格斯（SLH）和带T-宇称的最小小希格斯（LHT）——的可行性。
• 结合ATLAS与CMS的电弱精确可观测量（EWPT）和希格斯信号强度数据，约束这些模型中的对称性破缺尺度f。
• 将原本针对超对称优化的LHC直接搜寻分析（单喷注、喷注+缺失能量、轻子+喷注+缺失能量）重新映射至LHT模型的参数空间。
• 识别未来实验搜索的基准情景，特别是具有轻或重镜像夸克的LHT模型。
• 为Snowmass 2013进程提供可行参数空间和未来LHC及更远期实验发现潜力的指导。

提出的方法

• 利用LEP、SLC和Tevatron的21个电弱精确可观测量进行拟合，以约束模型参数。
• 整合ATLAS与CMS的完整25 fb⁻¹希格斯数据，包括信号强度和耦合，以约束标量 sector。
• 将原本为超对称优化的LHC直接搜寻分析（单喷注、喷注+缺失能量、轻子+喷注+缺失能量）重新映射至LHT模型的参数空间。
• 利用LHT模型中的T-宇称来抑制树图对EWPT的贡献，从而在保持与精确测量一致的前提下允许更低的f尺度。
• 结合多个搜寻通道（单喷注、喷注+缺失能量、轻子+喷注+缺失能量）的排除极限，推导出f在95%置信水平下的联合排除极限。
• 应用接触相互作用约束和非斜向修正，进一步限制参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 从LHC数据联合分析中，带T-宇称的最小小希格斯模型在对称性破缺尺度f上的当前排除极限是多少？
• RQ2 与电弱精确测量和希格斯数据相比，直接LHC搜寻（单喷注、喷注+缺失能量、轻子+喷注+缺失能量）对LHT模型的灵敏度如何？
• RQ3 在综合所有LHC约束后，LHT模型中哪些基准情景（轻或重镜像夸克）仍保持可行？
• RQ4 在8 TeV LHC下，直接搜寻在多大程度上与精确测量竞争，共同约束LHT模型？
• RQ5 未来LHC运行或未来对撞机（如ILC）中发现LHT信号的可能性如何？

主要发现

• 仅通过直接LHC搜寻，带T-宇称的最小小希格斯（LHT）模型在对称性破缺尺度f ≳ 638 GeV时仍保持可行（95% CL）。
• 结合电弱精确测量和希格斯数据，LHT模型在f ≲ 694 GeV时被排除（95% CL），表明该约束比直接搜寻更严格。
• 单喷注和喷注+缺失能量末态的直接搜寻提供的排除极限与电弱精确测量和希格斯数据相当，尽管尚未占主导地位。
• 在不需识别b-夸克喷注的前提下，包含轻子、喷注和缺失能量的末态在约束LHT模型方面与强子末态表现相当。
• 具有轻镜像夸克的LHT模型比具有重镜像夸克的模型受到更严格的约束，原因在于更高的产生截面和分支比。
• 本研究为未来LHC和HL-LHC分析识别出两个基准情景：一个为轻镜像夸克，另一个为重镜像夸克，以指导优化的搜寻策略。