[論文レビュー] Multiple b-jets reveal natural SUSY and the 125 GeV Higgs

David Berenstein, Tao Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、14 TeV LHCにおける自然な超対称性におけるヒッグス粒子の底クォークへの崩壊（h → bb）の信号対背景比を向上させるために、複数のbジャンクションタギング（≥4ジャケット）とカラーフローバリエーブルを提案する。実際、標準模型に類似したヒッグス共鳴状態は、40 fb⁻¹未満のデータを用いて信号対背景比0.3–0.4で発見可能であり、自然なSUSYおよびトップパートナーカスケード崩壊を伴う関連モデルにおける実用的な探索戦略を提供する。

ABSTRACT

We demonstrate that in natural supersymmetry (SUSY), h-> b b can be a very promising channel to discover the SM-like Higgs resonance at the Large Hadron Collider (LHC), although in general contexts it is thought to be challenging because of its huge QCD background. In this scenario, the SM-like Higgs boson is mainly produced via cascade decays initiated by pair-produced stop or sbottom squarks. The good sensitivity to h -> b b owes a great deal to the application of multiple (>= 4) b-jet tagging in removing the QCD background, and color-flow variables for reconstructing the Higgs resonance. We show in two benchmark points that a SM-like Higgs resonance can be discovered at the 14 TeV LHC (with a signal-to-background ratio as high as 0.3-0.4), with ~< 40/fb of data. Potentially, this strategy can be also applied to non-SUSY theories with natural EW symmetry breaking and cascade decays of top partners for the SM-like Higgs search, such as little Higgs, composite Higgs, and Randall-Sundrum models.

研究の動機と目的

• 自然な超対称性におけるヒッグス粒子の底クォークへの崩壊（h → bb）を検出する課題に取り組むこと、特にQCD背景が極めて大きい状況において。
• 複数のbジャケットタギングと運動量再構成技術がQCD背景を顕著に抑制し、信号感度を向上させられるかどうかを調査すること。
• ストップまたはスバウンダークォークのカスケード崩壊を通じて、自然なSUSYにおける標準模型に類似したヒッグス共鳴状態の発見可能性を示すこと。
• 本手法の適用範囲を、自然な電弱対称性の自発的破れとトップパートナーカスケード崩壊を伴う非SUSYモデルへ拡張すること。

提案手法

• h → bb崩壊チャネルにおける主要なQCDマルチジェット背景を低減するために、複数のbジャケットタギング（≥4個のbジャケット）を適用する。
• ストップまたはスバウンダークォークのカスケード崩壊における最終状態クォークからヒッグス共鳴状態をカラーフローバリエーブルを用いて再構成する。
• ストップおよびスバウンダークォークの対生成とその後のトップクォークおよびヒッグス粒子へのカスケード崩壊を模擬する信号イベントを生成する。
• 14 TeV LHCの現実的な検出器レベルのシミュレーションを用いて、信号対背景比と統計的有意水準を評価する。
• 自然なSUSYパラメータ空間内の2つの特定のポイントをベンチマークとして用い、性能の妥当性を検証する。
• 本手法の適用範囲を、リトルヒッグス、コンpositeヒッグス、ランディンソン＝サンズルモデルなどの自然な電弱対称性の自発的破れを示す他のモデルへ拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自然なSUSYにおけるh → bb崩壊チャネルで、複数のbジャケットタギングとカラーフローレコンストラクションがQCD背景を効果的に抑制できるか。
• RQ2 14 TeV LHCにおける自然なSUSYで、カスケード崩壊を通じて標準模型に類似したヒッグスボソンを発見するための達成可能な信号対背景比はどの程度か。
• RQ3 現実的な条件下で、このチャネルにおけるヒッグス粒子の発見を達成するために必要な統合した光度はどの程度か。
• RQ4 本手法は、自然な電弱対称性の自発的破れとトップパートナーカスケード崩壊を伴う非SUSYモデルへどの程度一般化可能か。

主な発見

• 自然なSUSYにおけるh → bb崩壊チャネルの信号対背景比は、複数のbジャケットタギングとカラーフローレコンストラクションを用いることで、14 TeV LHCで0.3–0.4に達する。
• 提案された戦略により、40 fb⁻¹未満の統合光度で標準模型に類似したヒッグス共鳴状態の発見が可能である。
• 厳密なbジャケットタギングと運動量再構成によりQCD背景が効果的に抑制され、信号感度が観測可能になる。
• ヒッグスがストップまたはスバウンダークォークのカスケード崩壊を通じて生成される自然なSUSYのベンチマークポイントにおいて、この戦略は頑健である。
• リトルヒッグスやコンポジットヒッグスモデルなどの自然な電弱対称性の自発的破れを示す他のモデルに対しても、このアプローチは適用可能である。
• カラーフローバリエーブルは共鳴状態の再構成を顕著に改善し、高い背景レベル下でも信号の有意水準を向上させる。