[论文解读] Higgs searches at CMS

Roberto Salerno|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文报告了CMS实验在√s = 7和8 TeV质子-质子碰撞中对标准模型希格斯玻色子的搜索结果，观测到125 GeV处一个窄宽度共振态，局部显著性为5.0σ，与标准模型希格斯玻色子的性质一致。研究还对超出标准模型的希格斯玻色子（包括费米子禁闭型和MSSM情形）施加了约束，未发现超出背景预期的显著过剩。

ABSTRACT

Results are summarized from searches for the standard model Higgs boson in pp collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV in the CMS experiment at the LHC. The measurements of mass, cross section, and properties of the narrow resonance recently observed are presented. The searches beyond standard model Higgs boson, in the CMS experiment at the LHC, are highlighted.

研究动机与目标

• 使用CMS探测器，在√s = 7和8 TeV的质子-质子碰撞中搜索标准模型希格斯玻色子。
• 测量新观测到的125 GeV窄共振态的质量、产生截面和衰变性质。
• 通过耦合强度扫描，检验观测到的共振态与标准模型希格斯玻色子的相容性。
• 对超出标准模型的奇异希格斯玻色子（包括费米子禁闭型和MSSM希格斯态）施加严格限制。
• 约束扩展希格斯结构的参数空间，如次最小超对称标准模型和类型-II seesaw模型。

提出的方法

• CMS探测器采用粒子流算法，利用硅追踪器、电磁和强子量能器以及μ子室的信息，重构并识别粒子。
• 在五种主要希格斯衰变模式中开展搜索：H→γγ、H→ZZ→4ℓ、H→WW→ℓνℓν、H→ττ 和 H→bb，每种模式均采用优化的选择标准和多元分析技术。
• 背景通过控制区域中的不变质量拟合从数据中估计，最大限度减少对蒙特卡洛模拟的依赖。
• 通过轮廓似然拟合测量信号强度，系统不确定性包含在误差预算中。
• 通过两个自由参数cV（矢量玻色子）和cF（费米子）探测耦合强度的偏离，采用二维似然扫描检验标准模型相容性。
• 基于不同基准情景下观测和预期的95%置信水平上限，推导出BSM希格斯模型的排除极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在110–150 GeV质量范围内，是否存在与标准模型希格斯玻色子一致的窄共振态的证据？
• RQ2 125 GeV共振态的测量信号强度和耦合比例如何与标准模型预测比较？
• RQ3 当允许矢量玻色子和费米子耦合发生偏离时，观测到的共振态与标准模型希格斯玻色子的相容程度如何？
• RQ4 在不同质量下，费米子禁闭型希格斯玻色子衰变为二光子的排除极限是什么？
• RQ5 CMS结果如何约束MSSM和nMSSM希格斯结构的参数空间？

主要发现

• 在125 GeV处观测到5.0σ的局部显著性，联合7和8 TeV数据的局部p值为4.1σ。
• 125 GeV希格斯玻色子的测量信号强度为σ/σSM = 1.6 ± 0.4，与标准模型预期一致。
• W和Z玻色子的耦合比值与宇称守恒对称性一致，cV = 1.00 ± 0.17。
• 费米子耦合测量值为cF = 0.96 ± 0.20，标准模型点(cV, cF) = (1,1)位于95%置信区间内。
• 对于费米子禁闭型希格斯玻色子，联合2011和2012年数据在110至140 GeV质量范围内，排除了超过1.0倍费米子禁闭型截面的截面值。
• 在MSSM平面（MA, tanβ）中，观测和预期的95%置信水平排除极限排除了参数空间的大部分区域，尤其在高tanβ和MA > 300 GeV时。