[论文解读] Higgs studies in ACFA Linear Collider Working Group

Shingo Kiyoura, Shinya Kanemura+5 more|ArXiv.org|Jan 21, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 35

一句话总结

本文针对拟议的亚洲线性对撞机（ACFA）中的希格斯玻色子物理进行了全面研究，重点包括希格斯耦合的精确测量、MSSM中重希格斯态的发现潜力，以及光子对撞机的作用。通过使用希格斯耦合的模型无关参数化方法，本研究证明，在300 GeV线性对撞机、500 fb⁻¹亮度条件下，可将耦合参数测量精度控制在1%至10%之间，从而能够有效区分新物理模型（如MSSM和THDM）。

ABSTRACT

We report the important topics in ACFA report as well as the recent progress in the ACFA Higgs working group.

研究动机与目标

• 在未来的线性对撞机中实现对希格斯玻色子与费米子及规范玻色子耦合的精确测定。
• 研究在不同质量与tanβ参数下，MSSM中重希格斯玻色子（A, H, H±）的发现能力。
• 评估光子对撞机（γγ）在探测中性与带电希格斯玻色子方面的潜力，包括CP量子数与手征性测量。
• 建立一种模型无关的框架，通过耦合参数约束来区分标准模型、MSSM及其他多希格斯模型。

提出的方法

• 采用希格斯耦合的模型无关参数化方法：x（b夸克）、y（t夸克）、z（τ轻子）、u（W/Z玻色子），其标准模型值设为1。
• 在√s = 300 GeV、500 fb⁻¹亮度条件下进行蒙特卡罗模拟，以预测耦合参数的测量精度。
• 利用FeynHiggs与HDECAY工具计算MSSM中希格斯粒子的质量、混合角及衰变宽度，考虑最大停止夸克混合。
• 使用GRACE/SUSY计算e⁺e⁻ → 涉及希格斯玻色子末态（如ZH、Ah、t̄tA、b̄bH）的产生截面。
• 通过分支比的双比率（如Br(h→cc+gg)/Br(h→bb̄)）间接确定mA，假设圈修正影响较小。
• 分析γγ对撞机选项在s通道产生希格斯玻色子及顶夸克螺旋态测量中的应用，以确定CP量子数。

实验结果

研究问题

• RQ1 ACFA线性对撞机在何种精度下可测量希格斯玻色子与费米子及规范玻色子的耦合？该精度如何用于区分SM、MSSM与THDM？
• RQ2 在不同√s与tanβ值下，MSSM中重希格斯玻色子（A, H, H±）的发现能力如何？
• RQ3 能否利用希格斯分支比的双比率高精度间接确定CP奇异性希格斯玻色子（mA）的质量？
• RQ4 γγ对撞机选项如何提升对重希格斯玻色子的发现潜力，并实现CP宇称与手征性测量？
• RQ5 在e⁺e⁻与γγ碰撞中，带电希格斯玻色子的主要产生模式是什么？其依赖关系如何随tanβ变化？

主要发现

• 在√s = 300 GeV与500 fb⁻¹条件下，耦合参数u和x的测量精度约为~3%，y和z的精度约为~10%，足以对不同模型进行强区分。
• 在无新物理至普朗克尺度的条件下，MSSM预测的希格斯粒子最大质量约为130 GeV，而NMSSM可支持高达约150 GeV的更重希格斯粒子。
• 分支比的双比率（如Br(h→cc+gg)/Br(h→bb̄)）仅依赖于mA与m_h，因此可在95%置信水平下以约10%的精度间接确定mA。
• 在√s = 500 GeV与0.1 fb⁻¹灵敏度下，b̄bA与b̄bH模式的发现区域扩展至超过√s/2（尤其在大tanβ时），覆盖了此前不可及的区域。
• γγ对撞机选项对中性希格斯玻色子的发现能力可达0.8√s_ee，且相比e⁺e⁻模式，其带电希格斯玻色子产生率提升约10倍。
• 极化γγ碰撞可实现对带电希格斯玻色子的Yukawa耦合手征性测量，从而有效区分新物理模型。