[论文解读] Searches for the Neutral Higgs Bosons of the MSSM: Preliminary Combined Results Using LEP Data Collected at Energies up to 209 GeV

ALEPH Collaboration, DELPHI Collaboration+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 23

一句话总结

本文报告了 LEP 上 ALEPH、DELPHI、L3 和 OPAL 合作组的初步联合结果，利用在质心系能量最高达 209 GeV 下收集的数据，搜索最小超对称标准模型（MSSM）中的中性 Higgs 玻色子。该分析设定了迄今为止最严格的限制，排除了 $ m_{\mathrm{h^{0}}} > 91.0\ \mathrm{GeV}/c^2 $ 和 $ m_{\mathrm{A^{0}}} > 91.9\ \mathrm{GeV}/c^2 $ 的情况，并在最大停止夸克混合条件下，排除了 $ m_t \leq 174.3\ \mathrm{GeV}/c^2 $ 时 $ 0.5 < \tan\beta < 2.4 $ 的范围。

ABSTRACT

In the year 2000 the four LEP experiments collected data at centre-of-mass energies between 200 and 209 GeV, integrating approximately 870 pb-1 of luminosity, with about 510 pb-1 above 206 GeV. The LEP working group for Higgs boson searches has combined these data with data sets collected previously at lower energies. In representative scans of the parameters of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the mass limits mh&gt;91.0 GeV and mA&gt;91.9 GeV are obtained for the light CP-even and the CP-odd neutral Higgs boson, respectively. For a top quark mass less than or equal to 174.3 GeV, assuming that the stop quark mixing is maximal, and choosing conservative values for other SUSY parameters affecting the Higgs sector, the range 0.5

研究动机与目标

• 整合 2000 年 LEP 收集的最灵敏数据，质心系能量最高达 209 GeV，以改进对 MSSM Higgs sector 的约束。
• 设定 MSSM 中轻的 CP 偶性（$ \mathrm{h^{0}} $）和 CP 奇性（$ \mathrm{A^{0}} $）中性 Higgs 玻色子质量的改进限制。
• 排除 Higgs 玻色子主要衰变为 $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 或 $ \tau^{+}\tau^{-} $ 的 MSSM 参数空间区域，特别是低 $ \tan\beta $ 情况下。
• 通过结合对 flavour 无关的搜索结果，扩展对 $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 衰变被抑制的模型的探测灵敏度。

提出的方法

• 整合来自四个 LEP 实验（ALEPH、DELPHI、L3 和 OPAL）的数据，覆盖最高达 209 GeV 的质心系能量，总积分亮度约为 870 pb⁻¹。
• 对 $ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{h}^{0}\mathrm{Z}^{0} $、$ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H}^{0}\mathrm{Z}^{0} $ 和 $ \mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{h}^{0}\mathrm{A}^{0} $ 过程进行联合分析，信号截面按 $ \sin^2(\beta - \alpha) $ 或 $ \cos^2(\beta - \alpha) $ 缩放。
• 采用统一的统计程序，使用 CLs 方法在 95% 置信水平下设定信号截面的上限，基于仅含背景的集合计算预期上限。
• 结合 $ \mathrm{h}^{0}\mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}\mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $、$ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}\tau^{+}\tau^{-} $ 及固定分支比的联合通道的结果。
• 在 $ m_{\mathrm{h^{0}}}\text{-max} $ 情形下采用模型依赖的方法，计算截面随 $ \sqrt{s} $ 的依赖关系，从而获得耦合强度的限制。
• 将限制推广至 $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 衰变分支比减小的模型，包括具有 CP 破坏或非 SUSY 二 Higgs 双重态模型的情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用完整的 2000 年 LEP 数据集，MSSM 中轻的 CP 偶性与 CP 奇性 Higgs 玻色子的质量限制最严格是多少？
• RQ2 在最大停止夸克混合条件下，对于顶夸克质量为 174.3 GeV/c² 时，$ \tan\beta $ 参数空间的哪些区域被排除？
• RQ3 对 flavour 无关的搜索如何提升对 $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 衰变被抑制的 MSSM 模型的探测灵敏度？
• RQ4 对 $ \mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $、$ \mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 和 $ \mathrm{A}^{0} \rightarrow \tau^{+}\tau^{-} $ 的耦合强度乘积 $ \cos^2(\beta - \alpha) $ 及分支比的上限是多少？

主要发现

• 轻的 CP 偶性 Higgs 玻色子 $ \mathrm{h}^{0} $ 的质量限制为 $ m_{\mathrm{h^{0}}} > 91.0\ \mathrm{GeV}/c^2 $，置信水平为 95%。
• CP 奇性 Higgs 玻色子 $ \mathrm{A}^{0} $ 的质量限制为 $ m_{\mathrm{A^{0}}} > 91.9\ \mathrm{GeV}/c^2 $，置信水平为 95%。
• 对于 $ m_t \leq 174.3\ \mathrm{GeV}/c^2 $ 且最大停止夸克混合的情况，$ 0.5 < \tan\beta < 2.4 $ 的范围在 95% 置信水平下被排除。
• 对 flavour 无关的搜索扩展了对 $ \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}} $ 衰变被抑制的模型的探测灵敏度，使整个大 $ \mu $ 情形在 95% 置信水平下被排除。
• 对 $ \cos^2(\beta - \alpha)\mathrm{Br}(\mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}})\mathrm{Br}(\mathrm{A}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}}) $、$ \cos^2(\beta - \alpha)\mathrm{Br}(\mathrm{h}^{0} \rightarrow \mathrm{b}\bar{\mathrm{b}})\mathrm{Br}(\mathrm{A}^{0} \rightarrow \tau^{+}\tau^{-}) $ 和 $ \cos^2(\beta - \alpha) $ 设定了耦合强度的限制，假设分支比固定。
• 联合分析在非标准模型衰变模式的模型中实现了比单个实验更高的灵敏度，并在给定假设下完全排除了 $ m_{\mathrm{h^{0}}}\text{-max} $ 情形。