[论文解读] Higgs Boson Discovery and Properties

John F. Gunion, L. Poggioli+1 more|ArXiv.org|Mar 14, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 17

一句话总结

本文评估了在2 TeV质子-质子对撞机上，标准模型希格斯玻色子在W→ℓνbb̄和Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄衰变道中的发现潜力。通过采用先进的b夸克喷注识别技术与角动量截断，研究表明，积分亮度分别为24.5 fb⁻¹和30 fb⁻¹时，可实现对质量达120–130 GeV的希格斯玻色子的发现，且在Z→bb̄道中具有显著的信号与背景比。

ABSTRACT

We outline issues examined and progress made by the Light Higgs Snowmass 1996 working group regarding discovering Higgs bosons and measuring their detailed properties. We focused primarily on what could be learned at LEP2, the Tevatron (after upgrade), the LHC, a next linear $\epem$ collider and a $\mupmum$ collider.

研究动机与目标

• 评估在2 TeV质子-质子对撞机上，标准模型希格斯玻色子在W→ℓνbb̄和Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄衰变道中的发现潜力。
• 通过应用先进的b夸克喷注识别技术和运动学截断，提升对希格斯玻色子的探测灵敏度。
• 探索在具有四个b夸克喷注的Z→bb̄末态中探测希格斯玻色子的可行性。
• 确定发现质量高达130 GeV的希格斯玻色子所需的亮度。
• 为W与Z衰变道中的信号相对于背景的统计显著性提供估计。

提出的方法

• 利用CDF轻子软打靶技术、松散二次顶点b夸克喷注识别和标准二次顶点b夸克喷注识别，以增强b夸克喷注的识别能力。
• 应用运动学截断，要求|cos(θ)| < 0.8，其中θ为在W-希格斯质心系中希格斯的散射角。
• 重建两个标记b夸克喷注的不变质量，以识别希格斯衰变。
• 以信号与背景比（S/B）作为评估Z→bb̄道中发现潜力的指标。
• 对不同希格斯质量（60–120 GeV）和不同亮度下的信号与背景事件进行模拟与分析。
• 结合CDF与D0实验的结果，预测发现能力可扩展至mhSM = 130 GeV。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2 TeV对撞机上，为在W→ℓνbb̄和Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄衰变模式中发现质量为60–120 GeV的标准模型希格斯玻色子，所需的最小积分亮度是多少？
• RQ2 额外的b夸克喷注识别技术和角动量截断在多大程度上提升了希格斯发现中的信号与背景比？
• RQ3 Z→bb̄末态在多大程度上可支持在W→ℓνbb̄道中实现希格斯玻色子的发现？
• RQ4 在W与Z衰变道中，使用30 fb⁻¹积分亮度时，可探测的希格斯质量最大可达多少？
• RQ5 结合CDF与D0实验数据，如何扩展对希格斯玻色子的发现能力？

主要发现

• 对于mhSM = 60 GeV，在W→ℓνbb̄道中，3.5 fb⁻¹的积分亮度即可实现发现。
• 在mhSM = 80 GeV时，W→ℓνbb̄道中发现所需的亮度为5.5 fb⁻¹。
• 在mhSM = 100 GeV时，W→ℓνbb̄道中发现所需的亮度为11 fb⁻¹。
• 在mhSM = 120 GeV时，W→ℓνbb̄道中发现所需的亮度为24.5 fb⁻¹。
• 在30 fb⁻¹亮度下，W→ℓνbb̄道可探测至125 GeV的希格斯质量。
• 在Z→νν̄ℓ⁺ℓ⁻bb̄道中，30 fb⁻¹亮度下，对90、100、110和120 GeV的希格斯质量，分别实现了4.3、3.8、3.5和2.5的信号与背景比。