[论文解读] Physics Opportunities at mu+mu- Higgs Factories

C. Blöchinger, Marcela Carena+12 more|ArXiv.org|Feb 21, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 9

一句话总结

本文提出，作为希格斯工厂运行的μ+μ−对撞机可通过调节束流能量分辨率，实现对标准模型希格斯玻色子及其耦合的高精度测量，尤其适用于希格斯粒子质量低于160 GeV的情况。利用极化束流，可探测希格斯-费米子和希格斯-质量混合中的CP破坏效应；而另一座调谐至重希格斯态的工厂则可在MSSM框架下实现对质量与耦合的精确测量。

ABSTRACT

We update theoretical studies of the physics opportunities presented by mu+mu- Higgs factories. Interesting measurements of the Standard Model Higgs decays into {\bar b}b, tau+tau- and WW* may be possible if the Higgs mass is less than about 160 GeV, as preferred by the precision electroweak data, the mass range being extended by varying appropriately the beam energy resolution. A suitable value of the beam energy resolution would also enable the uncertainty in the b-quark mass to be minimized, facilitating measurements of parameters in the MSSM at such a first mu+mu- Higgs factory. These measurements would be sensitive to radiative corrections to the Higgs-fermion-antifermion decay vertices, which may violate CP. Radiative corrections in the MSSM may also induce CP violation in Higgs-mass mixing, which can be probed via various asymmetries measurable using polarized mu+mu- beams. In addition, Higgs-chargino couplings may be probed at a second mu+mu- Higgs factory.

研究动机与目标

• 评估利用μ+μ−对撞机作为希格斯工厂以实现对标准模型希格斯玻色子的高精度研究的可行性。
• 研究束流能量分辨率与极化特性如何增强对MSSM中希格斯耦合及CP破坏效应的探测灵敏度。
• 评估第二座调谐至重希格斯态（h, H, A）的希格斯工厂在高精度测量其质量、耦合常数及CP破坏效应方面的潜力。
• 比较μ+μ−对撞机与e+e−直线对撞机在希格斯 sector 测量中信号纯净度与分辨率方面的优势。
• 确定实现对希格斯玻色子质量与宽度的亚MeV级测量所需的能量分辨率与亮度。

提出的方法

• 采用μ+μ−湮灭产生s通道希格斯玻色子，该过程环境清晰，无初态辐射或伴随粒子。
• 应用可变的束流能量分辨率（R），以优化mH ≈ 160 GeV以下的希格斯衰变道（b̄b、τ⁺τ⁻、WW*）的事件率。
• 利用极化μ+μ−束流，通过前向-后向不对称性与极化不对称性探测希格斯-费米子顶点与希格斯-质量混合中的CP破坏效应。
• 通过s通道共振产生研究希格斯-中性ino耦合，其对MSSM参数的敏感度取决于能量分辨率与探测器性能。
• 采用MSSM与有效场论等理论框架，对希格斯耦合中的辐射修正与CP破坏相位进行建模。
• 对截面与宽度随能量分辨率R变化的误差传播进行分析，结果表明R ≈ 0.01%可将不确定性降低至约1%。

实验结果

研究问题

• RQ1 μ+μ−希格斯工厂是否可在足够亮度与能量分辨率下实现对标准模型希格斯玻色子质量与宽度的亚MeV级测量？
• RQ2 束流能量分辨率如何影响b̄b、τ⁺τ⁻与WW*末态中希格斯分支比测量的事件率与精度？
• RQ3 在MSSM中，极化μ子束流在探测希格斯-费米子耦合顶点与希格斯-质量混合中的CP破坏效应方面具有多大潜力？
• RQ4 调谐至重希格斯态（H, A）的第二座希格斯工厂在高精度测量其质量与耦合常数方面具有多高灵敏度？
• RQ5 MSSM中的辐射修正如何影响希格斯耦合？可观察到的不对称性有哪些可用于探测CP破坏？

主要发现

• 当能量分辨率R ≈ 0.01%时，希格斯-中性ino耦合比值的相对误差可降至约1%，从而实现对MSSM参数的精确确定。
• 当R ≈ 0.04%时，混合场景中希格斯-中性ino耦合比值的相对误差超过10%，而规范子场景中则达约50%，凸显高分辨率的必要性。
• 在μ+μ−对撞机中，115 GeV希格斯玻色子的峰值截面约为60 pb，远高于在350 GeV能量下e+e−对撞机的约0.14 pb。
• 根据精确电弱数据，标准模型希格斯质量估计为88+53−35 GeV，95%置信水平上限为196 GeV，与LEP 2000运行中115.6 GeV处的超额信号一致。
• 首座调谐至mH ≈ 120 GeV的μ子对撞机可实现对希格斯质量与宽度的亚MeV级精度测量，并以约4%的精度确定其μ+μ−耦合常数。
• 第二座调谐至H与A共振峰的希格斯工厂可独立实现对它们质量与耦合常数的高分辨率测量，从而实现对MSSM希格斯 sector 中CP破坏效应的详细研究。