[论文解读] CMS Higgs physics results

M. Flechl|arXiv (Cornell University)|May 17, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文利用LHC运行2阶段的数据，对稀有及超出标准模型的希格斯玻色子衰变以及额外希格斯玻色子进行了更新的搜索。主要结果包括：对B(H → inv)的联合限制为< 0.19，对H → ΥΥ和H → aa衰变的灵敏度有所提高，并在多种末态中设定了对重希格斯玻色子的新排除极限，所有结果均与标准模型一致，但对新物理场景进行了深入探测。

ABSTRACT

Recent results of searches for Higgs bosons by the CMS collaboration are presented. These consist of searches for rare Higgs boson decays, searches for additional neutral Higgs bosons, and searches for charged Higgs bosons.

研究动机与目标

• 通过搜索标准模型预测分支比不显著的稀有衰变模式，检验标准模型希格斯玻色子假设。
• 通过寻找额外的中性与荷色希格斯玻色子，探测新物理场景，包括暗物质通道、2HDM、NMSSM和MSSM。
• 通过分析新末态并利用先进的重建技术，提高对奇异希格斯衰变的灵敏度。
• 在多种产生与衰变道中，对希格斯玻色子衰变为隐形粒子、介子、轻赝标量以及重希格斯玻色子设定排除极限。
• 通过优化分析技术与机器学习方法，在具有挑战性的拓扑结构中实现超越单纯亮度标度的灵敏度提升。

提出的方法

• 利用0、1和2轻子末态重新解释ttH拓扑结构搜索，以对H → 隐形衰变设定限制。
• 结合LHC运行1和运行2数据中胶子融合、矢量玻色子融合以及V-关联产生分析，以提高对H → 隐形衰变的灵敏度。
• 使用专用的双μ子和三μ子触发器并结合质量窗口，以增强对H → J/ψJ/ψ和H → ΥΥ衰变的灵敏度。
• 应用基于矩阵元的估计器（SVFit）和运动学重建技术，识别在A → Zh通道中衰变为Zh的希格斯玻色子。
• 采用机器学习算法对高多重末态中的事件进行分类，用于H⁺ → tb和H⁺ → AW的搜索。
• 结合τ + jets、τ + 1轻子和τ + 0轻子等多种末态，对H⁺ → τν在低、中、高质质量区域进行分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 希格斯玻色子衰变为隐形粒子的分支比当前限制是多少？与标准模型预测相比如何？
• RQ2 考虑到其高灵敏度和低背景，是否可通过J/ψJ/ψ或ΥΥ等介子的稀有希格斯衰变探测新物理？
• RQ3 CMS合作组如何提高在4–15 GeV质量范围内轻赝标量衰变（H → aa）的灵敏度，特别是在增强拓扑结构中？
• RQ4 在MSSM和hMSSM场景下，对衰变为顶夸克对或Zh的重中性希格斯玻色子的排除极限是什么？
• RQ5 在MSSM框架下，对荷色希格斯玻色子衰变为τν、tb和AW的约束范围如何，覆盖了广泛的质质量范围？

主要发现

• 对希格斯玻色子衰变为隐形粒子的联合限制为B(H → inv) < 0.19（预期值为0.15），代表目前最严格的约束。
• 对H → J/ψJ/ψ的限制为B(H → J/ψJ/ψ) < 1.8 × 10⁻³，对H → ΥΥ的限制为B(H → ΥΥ) < 1.4 × 10⁻³，均具有预期显著性。
• 对于a₁质量在4至15 GeV之间的H → aa衰变，限制从约25%改善至约3%（在mₐ = 8 GeV处），超过单纯亮度标度的提升。
• 在ttH拓扑结构中，于希格斯玻色子质量为400 GeV处观察到局部3.8σ的超额，但全局显著性仅为2σ，表明未发现新粒子。
• 在80 GeV至3000 GeV的质量范围内，对H⁺ → τν设定了排除极限，首次在中等质量区域实现了强灵敏度。
• 对于H⁺ → AW衰变，t → bH⁺分支比的限制范围为0.6%至2.9%，对应A玻色子质量从15 GeV至75 GeV，重点聚焦于二μ子末态。