[论文解读] Hidden top quark decays to charged Higgs scalars at the Tevatron

A. G. Akeroyd|ArXiv.org|Sep 1, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文研究了在非最小希格斯模型中顶夸克衰变为带电希格斯玻色子的可能性，提出此类衰变可能因具有‘隐藏’信号特征——即产生带有缺失能量和喷胶的末态——而在费米实验室的Tevatron对撞机中未被探测到。研究发现，这些衰变与现有的Tevatron数据一致，仅在更高亮度条件下才可能被观测到，凸显了未来顶夸克物理学中超越标准模型的一个潜在发现通道。

ABSTRACT

Charged Higgs scalars light enough to contribute to top quark decays are possible in various non--minimal Higgs models. We show that such a decay would be consistent with the current Tevatron data, and will remain hidden until a larger luminosity can be achieved.

研究动机与目标

• 评估在具有非最小希格斯场的规范模型扩展中，顶夸克衰变为带电希格斯玻色子的可行性。
• 评估此类衰变是否可能因涉及缺失能量和喷胶的信号特征，而在当前Tevatron数据中保持‘隐藏’状态而未被探测到。
• 确定此类衰变可能变得可观测的条件，特别是当亮度提高时。
• 分析此类衰变与Tevatron现有实验约束之间的现象学一致性。
• 探索在未来的高亮度运行中，通过顶夸克衰变发现带电希格斯玻色子的潜力。

提出的方法

• 分析在双希格斯双重态模型及类似非最小希格斯框架中，顶夸克衰变为带电希格斯玻色子与底夸克的宽度。
• 评估此类衰变的运动学信号特征：末态包含一个带电轻子、缺失横向能量和喷胶，与标准模型中顶夸克衰变为中微子的末态相似。
• 应用与Tevatron的CDF和D0探测器相关的实验截断条件与接受度标准，以评估其可探测性。
• 将预测的信号率与Tevatron数据中顶夸克分支比的当前上限进行比较。
• 利用对带电希格斯玻色子质量与汤川耦合的理论约束，定义可行的参数空间。
• 基于积分亮度与背景抑制技术，评估Tevatron对这类衰变的探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非最小希格斯模型中，顶夸克衰变为带电希格斯玻色子是否与当前Tevatron数据相矛盾？
• RQ2 在Tevatron当前的亮度与探测器能力下，此类衰变的可探测性如何？
• RQ3 顶夸克衰变为带电希格斯玻色子的运动学信号特征与标准模型背景相比有何异同？
• RQ4 在何种条件下，这些衰变将在更高亮度下变得可观测？
• RQ5 现有实验限制对顶夸克衰变为带电希格斯玻色子的分支比施加了何种约束？

主要发现

• 顶夸克衰变为带电希格斯玻色子与Tevatron当前收集的数据一致，即使在最严格的实验限制下亦然。
• 由于其与包含中微子的标准模型顶夸克衰变极为相似，该信号保持‘隐藏’状态，导致在低亮度下难以与背景区分。
• 此类衰变的分支比被抑制到足够低的程度，使其在当前Tevatron数据集中未被探测到，但尚未被现有约束所排除。
• 该模型依赖的分支比取决于带电希格斯玻色子的质量与汤川耦合，对于轻的带电希格斯玻色子，存在可行的参数区域。
• 此类衰变的观测需要显著提高亮度，超出Tevatron当前的能力范围。
• 本研究为未来高亮度实验中通过顶夸克衰变寻找带电希格斯玻色子建立了理论框架。