[论文解读] Higgs search at ATLAS

S. M. Consonni|arXiv (Cornell University)|May 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文总结了ATLAS实验利用8 TeV下20.7 fb⁻¹和7 TeV下4.6 fb⁻¹质子-质子碰撞数据进行的希格斯玻色子搜索结果，确认发现了一种新玻色子，其质量为125.5 ± 0.2（统计）⁺⁰.⁵₋₀.⁶（系统）GeV。信号强度与标准模型（μ = 1.30 ± 0.13 统计 ± 0.14 系统）一致，自旋-宇称及耦合测量结果与标准模型预期相符，未发现额外希格斯态或隐形衰变的证据。

ABSTRACT

In this paper the results of Higgs searches at the ATLAS experiment, operating at the LHC, are summarised. The results are based on data samples corresponding to an integrated luminosity of up to 20.7 fb-1 at a centre-of-mass energy of 8 TeV and 4.6 fb-1 at 7 TeV. The observation of a Higgs boson is established. The mass of the new boson is measured to be 125.5 +/- 0.2 (stat) +0.5-0.6 (syst) GeV, and the ratio of the observed number of events and expected from a Standard Model Higgs Boson is compatible with unity, mu = 1.30 +/- 0.13 (stat) +/- 0.14 (sys). The spin and parity properties as well as the couplings structure are compatible with those predicted for a Standard Model Higgs Boson. No evidence of further Higgs states is found.

研究动机与目标

• 利用LHC在7 TeV和8 TeV质心系能量下收集的数据，确认在多个衰变道中发现希格斯玻色子。
• 测量新发现玻色子的质量、信号强度、自旋和宇称，以检验其与标准模型的兼容性。
• 搜索希格斯玻色子的隐形衰变以及标准模型之外的额外希格斯态。
• 为MSSM等模型中的希格斯样态设定分支比和产额截面的限制。
• 通过中性及带电希格斯玻色子的搜索，约束超对称模型中的参数tanβ。

提出的方法

• 采用轮廓似然法将多个衰变道和产额模式的结果进行联合分析。
• 为每种产额模式定义信号强度参数μi = σi / σi,SM，为每种衰变末态定义μf = Bf / Bf,SM。
• 使用检验统计量Λ(μ) = L(μ, θ̂(μ)) / L(μ̂, θ̂)评估显著性并设定限制。
• 通过事件计数中的接受度（Aifᵏ）和效率（εifᵏ）因子应用探测器特定的修正。
• 结合多个通道（γγ, 4ℓ, WW, ττ, bb̄）的数据以提高灵敏度和精度。
• 在复杂末态中采用混合蒙特卡洛与数据驱动技术估算背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 在质量、信号强度和量子数方面，观测到的约125 GeV共振态是否与标准模型希格斯玻色子一致？
• RQ2 对希格斯玻色子隐形衰变的限制是什么？其对暗物质或新物理意味着什么？
• RQ3 是否存在标准模型之外的额外希格斯玻色子，例如在MSSM中？其质量和耦合的限制如何？
• RQ4 新玻色子的测量耦合与标准模型希格斯玻色子的预测值相比如何？
• RQ5 在MSSM中，对带电希格斯玻色子（特别是H⁺ → τν衰变道）的排除限制是什么？

主要发现

• 测得希格斯玻色子质量为125.5 ± 0.2（统计）⁺⁰.⁵₋₀.⁶（系统）GeV，与标准模型预测一致。
• 信号强度μ = 1.30 ± 0.13（统计）± 0.14（系统）与标准模型预期的单位值相兼容。
• 新玻色子的自旋和宇称量子数与标准模型希格斯玻色子一致。
• 未发现希格斯玻色子隐形衰变的证据；隐形分支比的95%置信水平上限为0.24。
• 设定了ZH产生截面与隐形分支比乘积的限制，95%置信水平下排除了高于0.24的值。
• 在MSSM中，根据mA的函数关系设定了tanβ的95%置信水平排除限制，特别在ττ末态中，排除了轻H/A玻色子的较大tanβ值。