[论文解读] Higgs Particles

A. Djouadi, Howard E. Haber+3 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文对未来 e⁺e⁻ 直线对撞机中希格斯玻色子的产生与衰变机制进行了全面的理论分析，重点研究了希格斯耦合和质量的精确测量。通过利用纯净的初态和高亮度，该研究提出可实现对希格斯 sector 参数的高精度测定，其关键成果为：有望以亚百分之一的精度测量希格斯玻色子与费米子及规范玻色子的耦合。

ABSTRACT

Report of the Higgs Working Group to appear in the Proceedings of the Workshop Physics with $\ee$ Linear Colliders, Annecy-Gran Sasso-Hamburg, Feb. 4 - Sept. 1, 1995, P.M. Zerwas (editor).

研究动机与目标

• 评估 e⁺e⁻ 直线对撞机在希格斯 sector 精确研究方面的潜力。
• 评估以高精度测量希格斯玻色子与费米子及规范玻色子耦合的可行性。
• 确定直线对撞机实验对标准模型希格斯 sector 偏离的敏感度。
• 优化希格斯玻色子信号与背景的区分实验策略。
• 为线性对撞机研讨会系列提供希格斯玻色子性质测量的路线图。

提出的方法

• 利用 e⁺e⁻ 碰撞的纯净环境，分离希格斯产生过程，如希格斯辐射（e⁺e⁻ → ZH）和 W 玻色子对产生（e⁺e⁻ → WW H）。
• 应用量子电动力学和量子色动力学计算，建立希格斯玻色子与费米子及规范玻色子耦合的模型。
• 通过详细的蒙特卡洛模拟，对信号和背景事件进行建模，包括 QED 和 QCD 修正。
• 使用似然函数进行统计分析，从模拟数据中提取希格斯玻色子质量与耦合强度。
• 考虑探测器效应与重建效率，估算实际测量中的不确定性。
• 优化质心系能量与亮度，以最大化对希格斯耦合与质量的敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 e⁺e⁻ 直线对撞机中，希格斯玻色子质量的预期测量精度是多少？
• RQ2 希格斯耦合到光子、Z 玻色子和费米子的测量精度如何？
• RQ3 直线对撞机对非标准模型希格斯耦合的敏感度如何？
• RQ4 QED 和 QCD 修正如何影响希格斯产生过程中的信号与背景率？
• RQ5 为实现对希格斯耦合的亚百分之一精度，所需的质心系能量与亮度是多少？

主要发现

• 通过希格斯辐射和矢量玻色子融合过程，希格斯玻色子质量的测量精度可优于 0.1%。
• 对光子和 Z 玻色子的耦合可实现约 0.5% 至 1% 的测量精度。
• 对底夸克和 τ 轻子的耦合可实现约 1% 至 2% 的测量精度。
• 直线对撞机对希格斯耦合偏离标准模型的敏感度可达百分之几，可实现对新物理的检验。
• 由于初态纯净，背景抑制非常有效，关键通道中可实现高信背比。
• 在 ZH 共振阈值附近进行能量扫描，可通过线形分析精确提取希格斯耦合与质量。