[论文解读] Distributions for Higgs + jet at hadron colliders: MSSM vs SM

Oliver Brein, W. Hollik|ArXiv.org|Oct 25, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文在LHC和Tevatron上对MSSM和SM中的Higgs玻色子+喷流产生过程进行了比较研究，重点分析了伪快度和横动量的微分截面。利用下一阶微分QCD和有效场论技术，研究显示，当$ m_A $较低且$ \tan\beta $较大时，MSSM预测的截面比SM高出最多22倍，且$ p_T $谱明显更软，同时由于主导的b夸克初态树图过程，中心喷流产生率显著增强。

ABSTRACT

We present pseudorapidity and transverse momentum distributions for the cross section for the production of the lightest neutral Higgs boson in association with a high-p_T hadronic jet, calculated in the framework of the minimal supersymmetric standard model. We discuss the theoretical predictions for the differential cross sections at the Large Hadron Collider and the Tevatron. In particular, we present the differences in the distributions compared to the Standard Model.

研究动机与目标

• 比较强子对撞机中MSSM与SM的Higgs+喷流产生微分截面。
• 研究超对称圈效应和树图b夸克初态过程对Higgs+喷流分布的影响。
• 量化MSSM与SM预测在$ p_T $和伪快度（$ \eta $）分布上的差异。
• 评估在实际实验截断条件下，LHC和Tevatron中通过Higgs+喷流通道探测MSSM Higgs玻色子的可能性。
• 识别能够区分MSSM与SM的运动学信号，特别是在$ m_A $较低且$ \tan\beta $较大的情形下。

提出的方法

• 利用下一阶微分QCD修正，计算LHC上$ pp \to h^0 + \text{jet} + X $和Tevatron上$ p\bar{p} \to h^0 + \text{jet} + X $的微分截面$ d^2\sigma/d\eta_{\text{jet}}dp_T $。
• 采用有效场论技术，对MSSM中的圈诱导胶子融合和夸克-胶子散射过程进行建模。
• 在圈图中包含虚超伴粒子（如胶微子）的贡献，与SM相比改变了$ ggH $和$ qgH $耦合。
• 使用$ m_h^{\text{max}}(400) $情景，探索$ m_A = 400\,\text{GeV} $和$ m_A = 110\,\text{GeV} $、$ \tan\beta = 30 $的参数空间，以研究高和低-$ m_A $区域。
• 应用标准截断条件：$ p_T > 30\,\text{GeV} $，$ |\eta| < 4.5 $，以模拟真实的探测器接受度。
• 通过将MSSM中的$ h^0 $质量与每个情景下SM Higgs质量匹配，直接比较MSSM预测与SM截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC中，MSSM与SM的Higgs+喷流末态在$ p_T $和伪快度分布上有何不同？
• RQ2 虚超伴粒子对MSSM中Higgs+喷流产生的微分截面有何影响？
• RQ3 在低$ m_A $情况下，MSSM中b夸克Yukawa耦合的增强如何导致树图b夸克初态过程占主导？
• RQ4 在何种参数条件下，MSSM的Higgs+喷流截面可显著超过SM速率，且增强效应最明显？
• RQ5 在低$ m_A $和大$ \tan\beta $情形下，Tevatron中的Higgs+喷流通道能否成为MSSM Higgs玻色子的可行发现通道？

主要发现

• 在$ m_h^{\text{max}}(400) $情景中，$ m_A = 400\,\text{GeV} $时，MSSM截面为1.096 pb，SM为1.448 pb，比值$ R = \sigma_c / \sigma_f $的相对差异为4.2%。
• 在低-$ m_A $情景（$ m_A = 110\,\text{GeV} $，$ \tan\beta = 30 $）下，MSSM截面达175 pb，约为SM截面（约8 pb）的22倍。
• 在低-$ m_A $的MSSM情景中，$ p_T $谱明显比SM更软，$ p_T = 100\,\text{GeV} $处增强10倍，仅在$ 850\,\text{GeV} $以上时速率才趋同。
• 在低-$ m_A $情景下，MSSM中93%的喷流产生于中心区域（$ |\eta| < 2 $），而SM为85%，表明中心喷流增强更显著。
• MSSM与SM的微分截面$ d^2\sigma/d\eta_{\text{jet}}dp_T $的相对差异最高可达10%，在相空间某些区域绝对差异超过10 fb/GeV。
• 由于截面增强最高可达SM的30倍，Tevatron在低-$ m_A $情景下可探测到MSSM Higgs+喷流信号，使其在有利参数下成为可行的发现通道。