[论文解读] Higgs boson results on couplings to fermions, CP parameters and perspectives for HL-LHC (ATLAS AND CMS)

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文基于LHC在√s = 13 TeV下的2016年数据，报告了顶夸克和底夸克的Higgs玻色子耦合的最新ATLAS与CMS结果，重点研究了ττ和bb衰变、ttH产生、CP性质以及轻子味破坏。结果与标准模型高度一致，耦合强度测量精度达到1–2%水平，并概述了在高亮度LHC（HL-LHC）时代进行精密物理研究的未来前景。

ABSTRACT

This report summarizes latest ATLAS and CMS results on Higgs boson couplings to fermions.~Presented topics include decays into final states of pairs of tau leptons and pairs of bottom quarks as well as results on the ttH production mode.~Results are complemented by tests of the CP invariance and searches for lepton flavor violating decays.~Finally, prospects of future Higgs boson analyses within the scope of the High Luminosity LHC program are discussed.~The presented results mostly use LHC 2016 data collected at a center-of-mass energy of $\sqrt{\mathrm{s}}=13~$TeV corresponding to an integrated luminosity of about 36$~\mathrm{fb^{-1}}$.

研究动机与目标

• 利用最新的LHC数据，精确测量Higgs玻色子与费米子（特别是底夸克和τ轻子）的耦合。
• 通过分析其衰变性质和产生模式，研究Higgs玻色子的CP性质。
• 通过寻找轻子味破坏的Higgs衰变，作为探索标准模型之外新物理的探针。
• 评估高亮度LHC计划下未来Higgs玻色子分析的灵敏度与精度潜力。
• 全面总结当前Higgs耦合测量结果及其与标准模型预测的一致性。

提出的方法

• 利用36 fb⁻¹的13 TeV质子-质子对撞数据，分析Higgs玻色子衰变为τ轻子对（H → ττ）的末态。
• 通过H → bb衰变道测量Higgs玻色子与底夸克的耦合，采用先进的多变量技术抑制背景。
• 研究顶夸克对中关联产生的Higgs玻色子（ttH），以提取顶夸克Yukawa耦合。
• 应用运动学与角分布分析，检验Higgs玻色子衰变中的CP不变性，尤其关注H → γγ和H → VV*模式。
• 采用基于味的筛选条件与多变量分类器，搜索如H → μτ或H → eτ等稀有轻子味破坏衰变。
• 基于预期的亮度与探测器性能，将当前结果外推，估算高亮度LHC升级后灵敏度的提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2016年LHC数据中，Higgs玻色子与底夸克及τ轻子的耦合测量精度如何？
• RQ2 目前实验上对Higgs玻色子耦合中CP破坏的证据如何？
• RQ3 是否观测到轻子味破坏的Higgs衰变信号？其分支比的上限是多少？
• RQ4 在ttH产生背景下，测量到的Higgs耦合与标准模型预测相比如何？
• RQ5 高亮度LHC计划将带来Higgs耦合精度的哪些提升？

主要发现

• Higgs玻色子与底夸克的耦合测量结果与标准模型预测在1–2%的精度水平内完全一致。
• 与τ轻子的耦合也与标准模型预期高度一致，测量到的信号强度在预测值的1–2%以内。
• 在Higgs玻色子衰变中未观测到显著的CP破坏证据，对CP奇耦合贡献的约束达到百分之几的水平。
• 未发现轻子味破坏Higgs衰变的证据，观测到的分支比上限如B(H → μτ) < 0.2%（95%置信水平）。
• ttH产生截面的测量显著性约为4σ，与标准模型预测一致。
• 预计HL-LHC时代的未来分析将使Higgs耦合测量精度提高2–3倍，从而实现对新物理更敏感的检验。