[论文解读] The Higgs Working Group: Summary Report

A. Djouadi, R. Kinnunen+24 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 22

一句话总结

本报告总结了1999年莱斯·于什夫特台尺度对撞机研讨会中希格斯工作组的研究成果，重点探讨了大型强子对撞机（LHC）、质子-反质子对撞机（Tevatron）以及未来 $e^+e^-$ 对撞机中希格斯玻色子的发现与精确测量。报告介绍了研究标准模型（SM）与最小超对称标准模型（MSSM）希格斯耦合、产生机制和衰变道的理论与计算工具，特别强调了下一阶微扰量子色动力学（NLO QCD）修正、重希格斯信号以及使用CompHEP进行超对称理论中的事件生成与模型实现。

ABSTRACT

Report of the Higgs working group for the Workshop "Physics at TeV Colliders", Les Houches, France 8-18 June 1999. It contains 6 separate sections: 1. Measuring Higgs boson couplings at the LHC. 2. Higgs boson production at hadron colliders at NLO. 3. Signatures of Heavy Charged Higgs Bosons at the LHC. 4. Light stop effects and Higgs boson searches at the LHC. 5. Double Higgs production at TeV Colliders in the MSSM. 6. Programs and Tools for Higgs Bosons.

研究动机与目标

• 评估大型强子对撞机（LHC）及其他台尺度对撞机在标准模型（SM）及其超对称扩展中发现希格斯玻色子的潜力，并实现精确测量。
• 通过引入高阶QCD修正和复杂衰变/产生道，应对精确测量希格斯玻色子耦合的挑战。
• 开发并应用计算工具（如CompHEP和FeynHiggs），实现MSSM中希格斯产生与衰变过程的自动化计算。
• 研究MSSM中重带电希格斯玻色子与轻顶 squark 的现象学，特别是在LHC搜索与圈修正中的表现。
• 通过强子对撞机与 $e^+e^-$ 对撞机中的双希格斯产生，实现三线希格斯自耦合的测量，以重建标量势能。

提出的方法

• 利用下一阶微扰量子色动力学（NLO QCD）计算，提高强子对撞机中希格斯产生截面与衰变率的计算精度。
• 应用CompHEP软件包实现矩阵元的自动化计算、部分子级事件生成以及蒙特卡洛积分，支持相空间映射与运动学截断。
• 通过LanHEP在CompHEP中实现MSSM拉格朗日量，支持从紧凑拉格朗日形式自动生成费曼规则，并兼容R-宇称破坏与GMSB情形。
• 将FeynHiggs程序作为外部库集成，用于计算MSSM中辐射修正后的希格斯质量，其双希格斯双重模型势能由七个耦合常数 $\lambda_1$ 至 $\lambda_7$ 参数化。
• 使用ISASUSY软件包在mSUGRA与GMSB基准情景下计算软SUSY破缺参数与超对称粒子质量，从而减少自由参数数量。
• 在CompHEP中开发广义夸克模型，通过味旋转将第一代与第二代夸克统一处理为一个有效双重态，减少子过程数量，同时保持规范不变性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC中，标准模型（SM）希格斯玻色子的主要产生与衰变道是什么？其与规范玻色子及重夸克的耦合测量精度能达到多高？
• RQ2 NLO QCD修正如何影响强子对撞机中SM与MSSM希格斯玻色子的产生截面？
• RQ3 在LHC中探测MSSM中重带电希格斯玻色子的关键信号是什么，特别是在高质质量区段？
• RQ4 具有大混合的轻顶 squark 如何影响LHC中最小质量MSSM希格斯玻色子的产生与探测？
• RQ5 在强子对撞机与 $e^+e^-$ 对撞机中，通过双希格斯产生测量三线希格斯自耦合的前景如何？

主要发现

• 对于具有SM类似耦合的中等质量希格斯玻色子，LHC在ATLAS与CMS实验中利用100 fb⁻¹数据，可将希格斯耦合比值的测量精度达到约15%。
• 对于质量高于120 GeV的希格斯玻色子，总宽度可间接测量，精度达10–20%，而 $H \to WW$ 部分宽度的测量精度约为10%。
• NLO QCD修正显著影响希格斯产生截面，尤其在胶子融合与弱玻色子融合过程中，因此必须包含在内以实现精确测量。
• CompHEP软件包可高效生成复杂过程的事件，如 $\gamma\gamma$ + 胶子末态与伴随顶squark-希格斯产生，支持部分子分布函数与运动学截断。
• 通过LanHEP在CompHEP中实现MSSM并集成FeynHiggs，可利用最新辐射修正，实现规范不变的希格斯质量与耦合的精确计算。
• CompHEP中的广义夸克模型通过将第一代与第二代夸克视为单一有效双重态，显著减少贡献子过程数量，提升计算效率，同时不损失规范不变性。