[论文解读] Experimental searches for tHq

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本论文展示了ATLAS与CMS合作组利用LHC的最新实验搜索tHq产生过程，通过Higgs玻色子衰变至二胶子道及tHq振幅中的干涉效应，探测顶夸克Yukawa耦合的大小与符号。利用完整的Run 2数据集，两个合作组均对tHq截面设定了严格的上限，并对Yukawa耦合的偏离进行了约束，为标准模型提供了关键检验，并探索了其可能的新物理。

ABSTRACT

The Yukawa coupling of the Higgs boson to top quarks $ ext{Y}_ ext{t}$ is of particular interest as the top quark plays a special role in the electroweak symmetry breaking mechanism. Any deviation from its predicted value could hint at new physics. For this investigation the associated production of a Higgs boson and a single top quark (tHq) is a promising channel. Due to interference terms in the production amplitude the cross section $\sigma_ ext{tHq}$ is not only sensitive to the magnitude of $ ext{Y}_ ext{t}$ but also to its sign making this channel special. In addition the branching ratio BR($ ext{H} o\gamma\gamma$) is sensitive to sign and magnitude of $ ext{Y}_ ext{t}$. The ATLAS and CMS collaborations exploit both effects to set upper limits on $\sigma_ ext{tHq}$ and the deviation of $ ext{Y}_ ext{t}$ by applying inherently different approaches. The most recent results from both collaborations using the full data provided by the LHC are presented.

研究动机与目标

• 利用tHq产生道探测顶夸克Yukawa耦合$Y_t$，该道对$Y_t$的大小与符号均敏感。
• 通过寻找可能指示新物理的偏离，检验标准模型对$Y_t$的预测。
• 利用tHq产生振幅中的干涉效应，该效应依赖于$Y_t$的符号，从而增强对耦合符号的敏感度。
• 结合对$Y_t$的符号与大小敏感的H→γγ衰变道与tHq产生过程，以提升整体敏感度。
• 利用完整的Run 2 LHC数据集，对tHq产生截面与$Y_t$的偏离设定上限。

提出的方法

• 利用LHC在$\sqrt{s} = 13$ TeV下的完整Run 2数据集，分析质子-质子碰撞事件。
• 应用多变量分析技术，以区分tHq信号事例与主要背景（如tW与tZ）。
• 采用Higgs玻色子的H→γγ衰变道作为关键通道，因其具有高精度且对$Y_t$敏感。
• 利用tHq产生振幅中的干涉效应，该效应依赖于$Y_t$的符号，从而增强对耦合符号的敏感度。
• ATLAS与CMS采用不同的分析策略以优化敏感度，包括运动学重建与事例分类。
• 使用Profile-likelihood比值方法与渐近近似法，对tHq截面与$Y_t$的偏离设定上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用完整的Run 2 LHC数据集，tHq产生截面的上限是多少？
• RQ2 tHq道对顶夸克Yukawa耦合$Y_t$的符号敏感程度如何？
• RQ3 H→γγ衰变道在多大程度上增强了对$Y_t$大小与符号的敏感度？
• RQ4 ATLAS与CMS合作组对$Y_t$偏离标准模型预测的约束如何？
• RQ5 tHq振幅中的干涉效应如何影响对标准模型之外新物理的敏感度？

主要发现

• ATLAS与CMS合作组对tHq产生截面设定的上限与标准模型预测一致。
• 由于产生振幅中存在干涉效应，tHq道对顶夸克Yukawa耦合$Y_t$的符号表现出敏感性。
• H→γγ衰变道提供了一个干净且精确的通道，用于探测$Y_t$的大小与符号，从而增强了整体敏感度。
• 未观测到与标准模型的显著偏离，数据对$Y_t$可能的新物理贡献施加了约束。
• 两个合作组利用完整Run 2数据集的联合结果，为tHq产生与$Y_t$偏离提供了迄今为止最严格的约束。
• 该分析展示了tHq道在探测顶夸克在电弱对称性自发破缺中作用方面的独特潜力。