[论文解读] Higgs Physics at the LHC: Some Theory Aspects

S. Heinemeyer|ArXiv.org|Jul 16, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 66被引用 4

一句话总结

本文综述了大型强子对撞机（LHC）上希格斯玻色子物理的理论前景，重点在于通过精确测量W玻色子和顶夸克质量，间接约束标准模型（SM）与最小超对称标准模型（MSSM）中的希格斯 sector。文章详细阐述了SM与MSSM希格斯玻色子的直接搜寻策略，特别强调了tanβ与μ参数在通过圈修正增强或抑制产生率方面的作用，并识别出在MA > 200 GeV时仅能探测到轻的CP偶性希格斯玻色子的“LHC楔形”区域。

ABSTRACT

In these lecture notes we review some prospect for the upcoming LHC experiments in view of the exploration of the Standard Model (SM) or its minimal Supersymmetric extension (MSSM). We focus on some theoretical aspects concerning the Higgs sector of the two models. We give results for the precision observables M_W and m_t and their impact on the indirect determination of the Higgs sector. We furthermore review some prospects for the direct measurements in the SM and MSSM Higgs sector.

研究动机与目标

• 通过W玻色子和顶夸克质量的精确测量，评估对标准模型（SM）与最小超对称标准模型（MSSM）中希格斯 sector 的间接约束。
• 评估LHC上SM与MSSM希格斯玻色子的直接发现潜力，特别关注重希格斯玻色子这一具有挑战性的区域。
• 分析超对称圈修正（特别是顶夸克和底夸克超伴粒子）对希格斯产生与衰变率的影响。
• 识别并表征“LHC楔形”区域，即尽管存在更重的MSSM希格斯态，但仅能探测到轻的CP偶性希格斯玻色子的区域。
• 提供一个框架，用于通过高阶修正将未来LHC的希格斯信号解释为底层MSSM参数（特别是μ与tanβ）的结果。

提出的方法

• 利用精确电弱可观测量（MW与mt）通过理论预测与实验输入，间接约束SM与MSSM中希格斯玻色子质量。
• 应用涉及带电粒子、中性粒子及超夸克（特别是顶夸克超伴子与底夸克超伴子）的圈修正，计算对希格斯产生与衰变率的修正。
• 推导出与底夸克关联产生（bb→bbH/A）及胶子融合（gg→H/A）过程中的希格斯产生截面的解析表达式，整合tanβ与μ相关的修正。
• 引入参数Δb，其随μ tanβ变化，通过(1+Δb)⁻²抑制bb→bbH/A通道，而τ⁺τ⁻衰变通道对此抑制效应不甚敏感。
• 采用5σ发现轮廓法，在MA–tanβ平面中绘制“LHC楔形”区域，其边界由重希格斯玻色子可探测性的上限决定。
• 分析发现能力对希格斯混合参数μ的符号与大小的依赖性，该参数同时影响圈修正与希格斯衰变的运动学阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC对W玻色子与顶夸克质量的测量精度如何？这对间接希格斯 sector 约束有何影响？
• RQ2 在LHC上，MSSM中重希格斯玻色子（H, A）的主要产生与衰变通道是什么？它们如何依赖于tanβ与μ？
• RQ3 在何种参数区域（MA, tanβ, μ）中，尽管存在重希格斯玻色子，LHC仍无法探测到它们——即“LHC楔形”区域？该区域如何依赖于μ？
• RQ4 涉及超夸克与胶子ino的圈修正如何改变希格斯玻色子的有效耦合？Δb在抑制或增强特定衰变通道中起什么作用？
• RQ5 如何将测量到的希格斯信号从底层MSSM参数空间中分离出来？进行一致解释所需的输入条件（如mt, MW, m~g, At）是什么？

主要发现

• LHC预计可将W玻色子质量测量精度达到约15 MeV，顶夸克质量测量精度为约1.0 GeV，优于对顶机的结果。
• 通过精确可观测量间接确定SM希格斯玻色子质量的相对精度预计可达约28%，优于对顶机的约36%。
• 当MA > 200 GeV时，重MSSM希格斯玻色子的主要发现通道为bb→bbH/A→bbτ⁺τ⁻，其产生率受tan²β显著增强，并受(1+Δb)⁻²抑制。
• τ⁺τ⁻衰变通道对Δb不甚敏感，因此在大tanβ区域中是探测重希格斯玻色子的更稳健探针。
• “LHC楔形”区域——即仅能探测到轻的CP偶性希格斯玻色子的区域——在MA > 200 GeV时出现，并随tanβ增大而变宽，其边界由对5σ发现轮廓高度敏感的μ符号与大小决定。
• 准确解释希格斯信号需要了解胶ino质量、顶夸克超伴子与底夸克超伴子质量，以及三线性耦合At，因为这些参数直接影响Δb，从而决定观测到的产生截面。