[论文解读] How to rule out Little Higgs (and constrain many other models) at the LHC

Zack Sullivan|ArXiv.org|Jun 26, 2003

Distributed and Parallel Computing Systems被引用 4

一句话总结

该论文表明，通过共振顶-底夸克衰变道的搜索，大型强子对撞机（LHC）可在一年内发现或排除W′规范玻色子——这是小希格斯模型及其他新物理模型的关键信号。该研究在任意耦合和质量下建立了95%置信水平的排除限界，表明小希格斯模型的所有合理参数空间均可在LHC上以高灵敏度进行检验。

ABSTRACT

In this talk I describe how to discover or rule out the existence of W^{prime} bosons at the CERN Large Hadron Collider as a function of arbitrary couplings and W^{prime} masses. If W^{prime} bosons are not found, I demonstrate the 95% confidence-level exclusions that can be reached for several classes of models. In particular, W^{prime} bosons in the entire reasonable parameter space of Little Higgs models can be discovered or excluded in 1 year at the LHC.

研究动机与目标

• 建立一种适用于包括小希格斯模型在内的广泛理论类别的、与模型无关的W′玻色子探测方法。
• 确定在任意耦合和质量下W′玻色子的排除范围，尤其关注微扰约束条件。
• 证明小希格斯模型的所有可行参数空间均可在LHC运行一年内被探测。
• 通过t¯b + j + ℓ + /E_T末态的信号-背景分析，量化LHC对W′玻色子的探测灵敏度。
• 为约束不仅限于小希格斯模型，还包括其他具有带电矢量玻色子的模型，提供一种通用的搜索策略框架。

提出的方法

• 以W′交换引起的s通道单顶夸克产生作为主要信号道，末态包含一个轻子、两个b夸克喷注和缺失横向动量。
• 应用一组运动学截断（表1）以重建M_{bjℓ/ET}不变质量，包括对喷注能量、伪快度、轻子隔离和缺失能量的要求。
• 使用PYTHIA进行信号生成，SHW探测器模拟基于ATLAS参数进行调校，对t+j背景采用矩阵元校正以确保精度。
• 通过完全微分的NLO计算对t+j背景进行归一化，以在事件生成器存在局限性的情况下提高可靠性。
• 通过比较信号产率与背景估计，计算95%置信水平的排除限界，并分析亮度依赖性（10–100 fb⁻¹）。
• 利用关系式(g′/g_SM)² ∝ 宽度，推导出与耦合相关的排除轮廓，假设费米子衰变占主导。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC是否可在一年数据内，对小希格斯模型预测的全部耦合和质量范围内的W′玻色子实现排除？
• RQ2 在LHC上，对于任意耦合强度，95%置信水平下可排除的最大W′质量是多少？
• RQ3 耦合的微扰约束条件（g_i²/(4π) < 1/π）如何影响小希格斯模型的可行参数空间？
• RQ4 t¯b + j + ℓ + /E_T末态在多大程度上可用于探测具有带电矢量玻色子的通用模型？
• RQ5 排除范围是否可扩展至包含右手中性W′玻色子的模型，如轨道对称的左右对称模型？

主要发现

• LHC可在一年数据内，以95%置信水平排除SM类耦合（g′/g_SM ≈ 1）的W′玻色子，上限达5.5 TeV。
• 所有合理参数空间的小希格斯模型（定义为微扰耦合且f ≤ 4 TeV）均可在LHC运行一年内被探测或排除。
• 对于最小小希格斯模型，W′质量受M_{W′} ≈ (f/2)√(g₁² + g₂²)约束，其最大允许区域由图2b中的f相关三重虚线轮廓定义。
• 微扰边界α_i = g_i²/(4π) < 1/π ≈ 0.32 导致更保守但依然全面覆盖小希格斯模型中心区域（g′/g_SM ≈ 1）的参数空间。
• 即使f高达6–8 TeV，中心微扰区域仍基本可被探测，表明对模型空间具有广泛覆盖。
• 该方法具有通用性：对W′玻色子导出的排除限界可直接适用于任何具有带电矢量玻色子的模型，包括顶味翻转模型和轨道对称的左右对称模型。