[論文レビュー] Report of the Topical Group on Higgs Physics for Snowmass 2021: The Case for Precision Higgs Physics

S. Dawson, Patrick Meade+79 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2022

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ひとこと要約

この Snowmass 2021 Topical Group 報告は、将来の衝突器での精密ヒッグス物理学を主張し、ヒッグス結合測定、質量/幅決定、自己結合の展望を詳細に述べ、LHC を超える TeV スケールの BSM 物理を探る。

ABSTRACT

A future Higgs Factory will provide improved precision on measurements of Higgs couplings beyond those obtained by the LHC, and will enable a broad range of investigations across the fields of fundamental physics, including the mechanism of electroweak symmetry breaking, the origin of the masses and mixing of fundamental particles, the predominance of matter over antimatter, and the nature of dark matter. Future colliders will measure Higgs couplings to a few per cent, giving a window to beyond the Standard Model (BSM) physics in the 1-10 TeV range. In addition, they will make precise measurements of the Higgs width, and characterize the Higgs self-coupling. This report details the work of the EF01 and EF02 working groups for the Snowmass 2021 study.

研究の動機と目的

• EWSB、フレーバー、CP 破壊、および潜在的な BSM 物理学を理解するための中心的な道として、精密ヒッグス測定を動機づける。
• 観測可能なヒッグス性質を、粒子物理学と宇宙論の根本的な問いへ結びつける。
• 現代および将来の衝突器が百分率レベルの精度を達成するための実験的・理論的準備状況を評価する。
• 新しいヒッグス関連現象を観測するための検出器・加速器要件に関する指針を提供する。

提案手法

• LHC Run 2 の測定と将来の衝突器の予測から現在の実験的ヒッグス状況を総合する。
• EFT/kappa formalism およびそれを超える枠組みを用いてヒッグス結合の逸脱を解釈する枠組みを提示する。
• さまざまな提案されたヒッグスファクトリーと高エネルギー衝突器のヒッグス観測量に対する感度を比較する。
• 精密ヒッグス測定とBSM物理の直接探索との相互作用を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の衝突器はSM粒子へのヒッグス結合に対してどの程度の精度を達成できるか？
• RQ2 予測されるヒッグス結合の精度は、EFTや他の枠組みの下でNPスケール（TeV領域）への感度にどのように翻訳されるか？
• RQ3 将来の施設でヒッグス自己結合および二重ヒッグス産生の測定展望はどうなるか？
• RQ4 ヒッグス測定は、シングレット、2HDM、ヒッグスループなどのBSMシナリオを制約する直接探索をどのように補完するか？
• RQ5 新しいヒッグス関連現象を観測するために必要な検出器/加速器要件は何か？

主な発見

• 現在の LHC Run 2 データは、いくつかのチャネルでヒッグス質量測定をパー mille の精度で、結合は 5–10% の精度に近づいている。
• 将来の施設での精密ヒッグス測定は、結合と機構に応じて0.1–5.5 TeV の範囲で新しい物理スケールを探ることができる。
• ヒッグス自己結合と二重ヒッグス産生は、ヒッグスポテンシャルを写像するのに不可欠であり、LHC の複数チャネルで制約を受けている。将来の衝突器はより強い感度を目指す。
• 百分率からパーミル級のヒッグス結合の精度はBSM物理への感度を意味し、EFTの解釈は場合によってヒッグス・ポータルと非-EFTアプローチの慎重な検討を要する。
• 本報告は、BSMの全体像を十分に探るために、精密ヒッグス測定を直接探索や他の制約と組み合わせる必要性を強調している。
• さまざまな機械（ヒッグスファクトリーと高エネルギー衝突器）の予測を提供し、精密ヒッグス物理学の幅広い機会を示している。