[論文レビュー] Searching for heavy charged Higgs bosons in the neutrino-tau decay mode at LHC

Kosuke Odagiri|ArXiv.org|Jan 27, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける重い電荷付きヒッグスボソン（H±）のτ–ν崩壊チャンネルにおける発見可能性を調査しており、特に背景が抑制されるが挑戦的な過程であるトップクォーク融合によるH± → τν（bg → tH⁻）に焦点を当てる。改善された信号効率を想定すると、tan(β)の広い範囲、特に信号が強化される大tan(β)領域において、1 TeVまでの質量を持つH±ボソンの発見が可能であることが判明した。

ABSTRACT

We discuss the search for the heavy charged Higgs bosons H^\pm, implicitly of the Minimal Supersymmetric Standard Model, in the tau-nu decay mode at the LHC. Compared to the dominant decay mode H^\pm o bt, the channel suffers from suppression due to the branching ratio and the lack of direct mass reconstruction, but the reduced QCD background makes it a feasible channel especially in the large tan(beta) region. We study the production in `bt fusion' via bg o tH^-, and the leading irreducible background bg o tW^-. Our results indicate that for the H^\pm mass of greater than 200 GeV and up to 1 TeV and higher, they can be discovered in this channel for a vast range of the parameter space, down to at least tan(beta)\sim3 and potentially the whole range of tan(beta) down to 1.5 if the signal selection efficiency can be improved fourfold. Our analysis is sensitive to top quark identification at large rapidity, and should be supplemented with a full study including jet showering and detector effects.

研究の動機と目的

• LHCにおける重い電荷付きヒッグスボソン（H±）のτ–ν崩壊モードの検出可能性を評価すること。
• 特に最小超対称標準模型（MSSM）の文脈において、信号およびバックグラウンド過程を評価すること。
• H±のτ–νチャンネルにおける発見領域を特定すること、特にブランチ比が強化される大tan(β)領域での注目。
• 大ラピディティ領域におけるトップクォーク同定の影響および検出器レベルの効果が信号感度に与える影響を調査すること。

提案手法

• LHCにおけるH±生成の主要プロセスであるボトムクォーク-グルーオン融合（bg → tH⁻）を分析する。
• 主な不変バックグラウンドとして、信号トポロジーを模倣するbg → tW⁻を検討する。
• H± → τνの理論的断面積計算およびブランチ比推定値をtan(β)に依存して用いる。
• トップクォーク同定およびτ–ν最終状態再構成に焦点を当てた信号選別基準を適用する。
• H±の質量およびtan(β)値の変動に応じて、信号およびバックグラウンドイベント率を比較して感度を評価する。
• 結果の妥当性を検証するため、ジェットシャワーや再構成効果を含む完全な検出器シミュレーションの必要性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブランチ比が抑制され、質量再構成が直接できないにもかかわらず、LHCにおけるτ–ν崩壊チャンネルで重い電荷付きヒッグスボソンを発見できるか？
• RQ2 特に大tan(β)領域において、H±のτ–νモードにおける発見領域はtan(β)の異なる値でどのように変化するか？
• RQ3 τ–νチャンネルにおけるQCDバックグラウンドの低減は、支配的であるH± → bt崩壊モードと比較して、信号対バックグラウンド感度にどのように寄与するか？
• RQ4 大ラピディティ領域におけるトップクォーク同定の効率が、このチャンネルにおけるH±の検出可能性に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 tan(β) ≈ 1.5まで発見領域を拡張するには、信号選別効率をどの程度向上させる必要があるか？

主な発見

• H±の質量が200 GeVから1 TeVの間であれば、MSSMパラメータ空間の広い範囲でτ–ν崩壊チャンネルにおける発見が可能である。
• 大tan(β)領域ではH± → τνのブランチ比が強化されるため、このチャンネルは特に実現可能性が高い。
• 信号選別効率を4倍に向上させれば、tan(β) ≈ 1.5まで発見が可能となり、ほぼ全tan(β)範囲への到達が可能になる。
• τ–νチャンネルにおけるQCDバックグラウンドの低減は、支配的であるH± → bt崩壊モードと比較して、競争力のある代替手段となる。
• トップクォークの大ラピディティ領域における同定感度に依存しているため、検出器レベルの性能が信号検出に不可欠であることが示された。
• ジェットシャワーや再構成効果を含む完全な検出器シミュレーションが必要であり、信号感度の確認に不可欠であることが本研究で強調された。