[论文解读] Constraining extended Higgs sectors with HiggsSignals

Oscar Stål, Tim Stefaniak|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 12

一句话总结

该论文介绍了 HiggsSignals，这是一个公开的计算工具，通过信号强度修正因子和卡方检验，将扩展的希格斯玻色子谱系与LHC希格斯信号测量结果进行对比。该工具支持基于耦合标度因子的模型无关约束以及基于MSSM的模型依赖分析，例如在 $m_h^{ ext{max}}$ 域名基准下，显示在 $m_A > 260\,\text{GeV}$ 且 $4 < \tan\beta < 10$ 时，与95%置信水平下的实验数据具有良好的一致性。

ABSTRACT

We introduce the public computer code HiggsSignals, which can be used to test the predictions from models with arbitrary Higgs sectors against experimental measurements. Following a brief description of the code, several examples of HiggsSignals applications are given. We derive constraints on extended Higgs sectors taking into account the measured rates for the observed LHC Higgs signal in all available channels. The results are presented both in a model-independent framework with coupling scale factors that parametrize deviations from the Standard Model, and in a model-dependent example where we analyze a specific benchmark scenario of the minimal supersymmetric standard model.

研究动机与目标

• 提供一个公开、用户友好的工具，用于将任意希格斯玻色子谱系模型与LHC及Tevatron希格斯信号测量结果进行对比。
• 通过引入实测信号强度而非仅排除极限，扩展 HiggsBounds 的功能，以实现更精确的约束。
• 通过与官方耦合拟合结果对比验证代码，并展示其在模型无关与模型依赖框架中的应用。
• 通过整合最新实验结果并保持兼容性，为未来的现象学分析提供支持。

提出的方法

• HiggsSignals 使用信号强度修正因子 $\mu_{xx}$ 将模型预测与实验测量结果进行比较，其定义为模型信号率与标准模型信号率的比值。
• 采用以峰为中心的 $\chi^2$ 方法，将模型预测与固定希格斯玻色子质量下的实测信号强度匹配，同时考虑质量分辨率效应。
• 该代码支持多种输入格式：完整的强子或部分子截面，或通过SM进行缩放的有效耦合。
• 质量与截面的理论不确定性作为用户指定的输入，以提高现实性。
• 实现了两种统计方法：以峰为中心的 $\chi^2$ 和使用完整质量依赖信号强度数据的方法，结果可合并。
• 该工具与 HiggsBounds 集成，结合直接搜寻极限与信号率测量，实现对模型的全面检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用实测的LHC希格斯信号率而非仅排除极限，系统性地约束扩展的希格斯玻色子谱系？
• RQ2 在使用当前LHC数据的模型无关框架下，耦合标度因子 $\kappa_V$ 与 $\kappa_F$ 的约束是什么？
• RQ3 MSSM 的 $m_h^{\text{max}}$ 基准情景与实测希格斯信号率及质量的符合程度如何？
• RQ4 在模型无关分析中，希格斯玻色子的隐形衰变对允许参数空间有何影响？
• RQ5 HiggsBounds 与 HiggsSignals 结果的结合如何提升对希格斯玻色子谱系模型的排除与拟合能力？

主要发现

• 在模型无关分析中，$\kappa_V$-$\kappa_F$ 平面显示出与标准模型一致的优选区域，$m_h^{\text{max}}$ MSSM 基准情景的 $\chi^2/\text{ndf} = 33.0/48$。
• MSSM 的 $m_h^{\text{max}}$ 情景在 $m_A = 390\,\text{GeV}$、$\tan\beta = 5.3$ 处达到最佳拟合点，$\chi^2/\text{ndf} = 33.0/48$。
• MSSM 的解耦极限占优，95%置信水平下 $m_A > 260\,\text{GeV}$ 且 $4 < \tan\beta < 10$。
• 在2σ水平下，允许较大的隐形分支比 $\mathrm{BR}(H \to \text{invisible}) \simeq 50\%$，尽管最佳拟合结果支持 $\mathrm{BR}(H \to \text{NP}) = 0$。
• 在卡方计算中包含负的LEP结果，使低 $\tan\beta$ 区域（$m_h < 114\,\text{GeV}$）的高卡方区域扩展。
• 在优选参数空间内，最轻的MSSM希格斯玻色子（$h$）始终被指定为125 GeV的LHC信号。