[論文レビュー] Strategy to measure the Higgs mass, width and invisible decays at ILC

F. Richard, Philip Bambade|ArXiv.org|Mar 16, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ヒッグスボソンの質量、幅、および見えない崩壊を正確に測定するために、国際線形衝突機（ILC）をヒッグス生成閾値のわずか上での運転を提案する。閾値近傍における優れた反動質量分解能を活用することで、mH = 120 GeVの場合に必要な光度が1桁低減され、mH > 170 GeVの場合には幅の測定が可能になり、正確な見えない分支比の上限が設定可能となる。

ABSTRACT

This document is meant to provide semi-quantitative arguments to evaluate the luminosity needed at ILC to achieve a precise measurement of the Higgs mass, width and invisible decays. It is shown that for mH=120 GeV, one can save an order of magnitude on the luminosity needed to achieve a given precision on the Higgs mass, as compared to what can be obtained at \sqrt s=350 GeV, by running near threshold. Since the recoil mass resolution near threshold is independent of the Higgs mass, one can also access the Higgs width for masses above 170 GeV. This strategy of running just above threshold is also optimal to measure or set upper limits on the Higgs invisible branching ratio. Two MSSM scenarios are presented to illustrate the potential interest of an optimized recoil mass resolution. A simplified description of the various experimental mechanisms affecting this type of measurement is presented: detector resolution for leptons and jets, luminosity and beamstrahlung energy dependence, initial and final radiation of the involved leptons.

研究の動機と目的

• ILCにおける正確なヒッグスボソン測定のための最適な光度要件を特定すること。
• ヒッグス生成閾値近傍での運転が質量および幅分解能を向上させる利点を評価すること。
• ヒッグスの見えない分支比の正確な測定または上限設定を可能にすること。
• 検出器分解能、ビームエネルギー散乱、放射効果が測定精度に与える影響を評価すること。
• 反動質量技術を用いて170 GeV以上の質量におけるヒッグス幅の測定の可能性を示すこと。

提案手法

• ヒッグス対生成閾値のわずか上でのe+e−衝突を実施する。
• 高い精度でヒッグス質量を再構築するために反動質量分解能技術を活用する。
• レプトンおよびジェットエネルギー分解能、ビームストラールングエネルギー散乱、および初期状態および最終状態放射を含む検出器効果をモデル化する。
• 光度およびエネルギー依存性をシミュレートし、標準運転モードとの精度向上を定量的に評価する。
• 二つのMSSMシナリオにこの手法を適用し、見えない崩壊への感受性および幅測定の可能性を示す。
• 主要な系統的効果が測定精度に与える影響を評価するために簡略化された実験モデルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILCにおけるヒッグス質量の所定の精度を達成するために、どの程度の光度が必要か？
• RQ2 ヒッグス質量および幅測定において、閾値運転は標準的なILC運転モードに対してどのような利点を有するか？
• RQ3 反動質量分解能を用いて、170 GeV以上の質量におけるヒッグス幅を測定できるか？
• RQ4 反動質量分解能はどのようにして見えない分支比の正確な決定を可能にするか？
• RQ5 閾値近傍におけるヒッグス質量および幅測定に影響を及ぼす主な系統的効果は何か？

主な発見

• mH = 120 GeVの場合、ILCを閾値のわずか上での運転することで、√s = 350 GeVでの運転と比較して必要な光度が1桁低減される。
• 閾値近傍における反動質量分解能はヒッグス質量に依存しないため、広い質量範囲で正確な質量測定が可能となる。
• 閾値戦略により、170 GeV以上の質量におけるヒッグス幅の測定が可能になる。
• この手法は、ヒッグスの見えない分支比の上限設定において最適である。
• 改善された反動質量分解能は、MSSMシナリオにおける見えない崩壊への感受性を顕著に向上させる。
• ビームストラールング、初期状態および最終状態放射、検出器分解能などの系統的効果は定量的に評価され、最適化された設計によって管理可能であることが示された。