[論文レビュー] Searches for the Higgs Boson

M. Herndon|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Tevatron実験（CDFおよびDØ）による、√s = 1.96 TeVのp̄p衝突で得られた最大3 fb⁻¹のデータを統合した解析に基づき、標準模型のヒッグス粒子が170 GeVで直接除外された最初の報告である。ベイズ的およびCLs統計的手法を用いて、170 GeVにおける標準模型ヒッグス生成断面積が観測限界で除外された。これはLEP以降で初めての高質量除外であり、全質量範囲にわたるヒッグス粒子の発見にLHCが高感度を示すことを示している。

ABSTRACT

Searches for this Higgs boson are reaching an exciting time. This proceeding reports the progress on Standard Model Higgs boson searches at the Tevatron and the prospects for Higgs boson searches at the Large Hadron Collider. Also reported are the results of non Standard Model searches and prospects at the Tevatron, Large Hadron Collide and B factories. Included in this result are the first limits on the mass of the Standard Model Higgs boson at high masses beyond the kinematic reach of the Large Electron Positron collider.

研究の動機と目的

• Tevatronのデータを用いて、標準模型ヒッグス粒子の質量に関する最新の実験的制約を報告すること。
• 特に150 GeV以上での質量範囲にわたる、CDFおよびDØの標準模型ヒッグス粒子生成に対する感度を評価すること。
• 170 GeVにおける標準模型ヒッグス粒子の最初の直接的除外を提供すること。これはLEPの限界を超えるものである。
• 全質量範囲にわたるヒッグス粒子の発見可能性について、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における見通しを評価すること。
• 複数の統計的手法（ベイズおよびCLs）の結果を比較し、解析におけるシステムティック不確実性を検証すること。

提案手法

• √s = 1.96 TeVのp̄p衝突で得られた最大3 fb⁻¹のデータを用いた、CDFおよびDØによる高質量ヒッグス粒子探索の統合。
• 最適化されたトリガーを用いた、レプトン、光子、ジェット、および断面積エネルギーの観測に適した複数の崩壊モード（例：H → γγ、WW*、ZZ*）を採用。
• 制御領域とモンテカルロシミュレーションを用いた厳密なバックグラウンド推定を行い、システムティック不確実性をネイジスパラメータとして扱った。
• 95%信頼水準（CL）におけるヒッグス信号強度の上限を、標準模型予測値に対する相対比として、ベイズ的およびCLs統計的手法で計算。
• 両統計手法を用いて、実験間の結果を完全に統合し、170 GeVにおける除外の妥当性を相互に検証。
• 高積分 luminosity および改善された検出器性能を仮定し、CMSおよびATLAS検出器設計を用いてLHCの感度を予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronのデータに基づき、標準模型ヒッグス粒子質量の現在の実験的除外限界は何か？
• RQ2 統合されたCDFおよびDØ解析により、170 GeVにおける標準模型ヒッグス粒子が高信頼性で除外可能か？
• RQ3 高質量ヒッグス探索において、ベイズ的手法とCLs手法は感度および一貫性の点でどのように比較できるか？
• RQ4 LHCが全質量範囲にわたって標準模型ヒッグス粒子を発見する見込みはどの程度か？
• RQ5 Tevatron、LHC、およびBファクトリーにおける、標準模型以外のヒッグス粒子の発見可能性はいかがなものか？

主な発見

• 統合されたCDFおよびDØ解析により、170 GeVにおける標準模型ヒッグス粒子の生成は、観測された95%信頼水準における上限が標準模型断面積の0.95倍であると除外された。
• 170 GeVにおいて、ベイズ手法では観測限界が標準模型断面積の1.0倍、CLs手法では0.95倍であり、高信頼性で除外が確認された。
• 170 GeVヒッグス粒子の期待感度は、ベイズ手法で1.4倍、CLs手法で1.3倍の標準模型断面積であり、高い探査能力を示している。
• 170 GeVでの除外は、最終的なLEP結果以降で初めての標準模型ヒッグス粒子質量に対する直接的限界であり、除外範囲を拡大した。
• 160から175 GeVの質量範囲では、期待感度が標準模型断面積の1.2〜1.7倍であり、これらの質量での信号の除外確率が非常に高い。
• LHCは、1 fb⁻¹の積分 luminosity を得ることで、全質量範囲にわたって標準模型ヒッグス粒子の除外または観測が可能になると予測されている。特に135 GeV以上では高い可能性を示している。