[论文解读] Higgs Discovery before LHC?

G. Chiarelli|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文评估了在LHC之前通过Run II升级实现在Tevatron上发现Higgs玻色子的潜力。利用改进的b夸克判别、追踪和触发技术，CDF和D0在15 fb⁻¹数据下，可在低质量（110–130 GeV/c²）和高质量（150–180 GeV/c²）区域实现发现灵敏度，关键通道中S/√B > 2.5。

ABSTRACT

The proposed Run IIb of the Tevatron Collider will provide 15 fb-1 worth of ppbar data at c.o.m energy of 2 TeV per experiment by year 2007. We review the plans of the Tevatron accelerator complex upgrade and the plans for the upgrades of the experiments to match this challenge. Perspectives for the discovery of an Higgs particle are reviewed and the concrete possibility of a 5 sigmas discovery for a low mass Higgs are discussed.

研究动机与目标

• 评估在LHC之前于Tevatron发现标准模型Higgs玻色子的可行性。
• 评估Run II探测器和加速器升级对Higgs搜索灵敏度的影响。
• 在低质量和高质量区域优化WH/ZH → bb̄和gg → H → WW*通道中的信号与背景比。
• 确定在关键Higgs衰变模式中实现发现所需的亮度阈值（15 fb⁻¹）。
• 确立先进b夸克判别和位移顶点触发在增强Higgs衰变探测灵敏度中的作用。

提出的方法

• 利用基于Run I数据标定的参数化蒙特卡罗模拟，估算Run II中的物理能力。
• 采用联合分析框架合并CDF和D0数据，以提高统计灵敏度。
• 应用严格和宽松的b夸克判别算法（如SECVTX），将误判率降低至~1%，以抑制背景。
• 实施Level 1和Level 2触发，用于选择高P_T轻子、缺失E_T和位移顶点事件，以筛选Higgs候选事例。
• 将喷注能量分辨率优化至10%，以提高bb̄对的不变质量分辨率。
• 在ZH → ννbb̄通道中，使用缺失E_T > 35 GeV和角分离度标准（ΔR > 0.5）以抑制top和Z+jets背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC之前，Tevatron能否在低质量区域（110–130 GeV/c²）发现Higgs玻色子？
• RQ2 CDF和D0在WH/ZH → bb̄通道中实现5σ发现灵敏度所需的亮度是多少？
• RQ3 改进的b夸克判别和位移顶点触发如何提升Higgs搜索中的信号与背景比？
• RQ4 在gg → H → WW*衰变中，高质量区域（150–180 GeV/c²）的预期灵敏度如何？
• RQ5 联合CDF和D0分析能否在15 fb⁻¹积分亮度下实现发现？

主要发现

• 在15 fb⁻¹数据下，联合CDF和D0分析在120 GeV/c²处的WH → bb̄通道中实现S/√B > 2.5。
• 在ZH → ννbb̄通道中，130 GeV/c²处S/√B达到2.0，表明具有强劲的发现潜力。
• 在高质量区域（M_H > 150 GeV/c²），15 fb⁻¹下M_H = 160 GeV/c²时S/√B超过2.8。
• 完全强子道W → qq'中的信号与背景比仍低于0.2，因此不适合用于发现。
• 在15 fb⁻¹下，联合CDF和D0的灵敏度在95%置信水平下对M_H < 180 GeV/c²具有发现潜力，如S/√B与亮度关系图所示。
• Run IIb中瞬时亮度提升至5×10³² cm⁻²s⁻¹是实现在合理时间范围内达到15 fb⁻¹所需亮度的关键。