[论文解读] Model-Independent Determination of CP Violation from Angular Distributions in Higgs Boson Decays to WW and ZZ at the Photon Collider

P. Nieżurawski, A. F. Żarnecki+1 more|ArXiv.org|Oct 21, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种在光子对撞机上通过衰变产物的角分布，实现对Higgs玻色子衰变到WW和ZZ过程中CP破坏的模型无关测量方法。通过引入一种对CP性质敏感的新角变量，并结合不变质量分布与角分布及真实的探测器模拟，经过一年运行后，CP破坏相位ΦCP的测量精度可达约50 mrad，且不依赖于产生机制。

ABSTRACT

The model-independent determination of the Higgs-boson CP properties at the Photon Collider at TESLA has been studied in detail, for masses between 200 and 350 GeV, using realistic luminosity spectra and detector simulation. We consider a generic model with the CP violating Higgs tensor couplings to gauge bosons. We introduce a new variable describing angular distributions of the secondary WW and ZZ decay products which is very sensitive to the CP properties of the Higgs-boson. Understanding of the detector performance turns out to be crucial, as the influence of the acceptance corrections is similar to the effects of CP violation. From the combined measurement of invariant mass distributions and various angular distributions the phase describing a CP violation can be determined to about 50 mrad after one year of Photon Collider running.

研究动机与目标

• 开发一种在光子对撞机上确定Higgs玻色子CP性质的模型无关方法。
• 研究在通用Higgs模型中，W+W−和ZZ衰变产物的角分布对CP破坏耦合的敏感性。
• 评估探测器接受度修正对CP破坏测量的影响，发现其可能模拟出CP破坏效应。
• 确定通过联合拟合不变质量与角分布可实现的ΦCP测量精度。
• 证明该测量不依赖于Higgs玻色子的产生机制，仅依赖于衰变产物的角关联。

提出的方法

• 采用具有张量耦合至ZZ和WW的通用Higgs模型，以λH（CP偶）和λA（CP奇）参数化，ΦCP为CP破坏相位。
• 引入新角变量ζ以描述次级衰变产物的极角分布，增强对CP性质的敏感性。
• 采用探测器模拟与真实的亮度谱，以建模接受度修正，发现其具有非均匀性且依赖CP。
• 对W+W−和ZZ末态的不变质量分布及三个角分布（cosθ1, cosθ2, Δφ）进行联合拟合。
• 分析中允许Γγγ、φγγ及信号归一化变化，以确保对产生机制的独立性。
• 从拟合中提取ΦCP与λ的统计误差，假设其偏离标准模型较小（λ ≈ 1，ΦCP ≈ 0）。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅通过衰变产物的角分布，在不依赖Higgs玻色子产生机制的前提下，确定其CP性质？
• RQ2 在通用Higgs模型中，W+W−和ZZ衰变产物的角分布对CP破坏耦合的敏感性如何？
• RQ3 探测器接受度修正在多大程度上影响CP破坏的测量？能否将其与真实的CP破坏效应分离？
• RQ4 通过联合使用不变质量与角分布，ΦCP的预期统计精度是多少？
• RQ5 能否使ΦCP的测量独立于对Higgs玻色子与费米子耦合或γγ产生机制的假设？

主要发现

• 经过一年光子对撞机运行，ΦCP的测量统计不确定性可达到约50 mrad。
• 新角变量ζ在所研究的三个角分布中对ΦCP的敏感性最高。
• 出人意料的是，不变质量分布对ΦCP确定的误差最小，这是由于CP依赖的信号对背景比和干涉效应所致。
• 对于Higgs质量低于250 GeV的情况，W+W−衰变道对ΦCP的敏感性更高；对于质量高于300 GeV的情况，ZZ道更敏感。
• 耦合强度参数λ的误差估计约为0.05，表明对标准模型偏离具有良好的敏感性。
• 事件重建中的接受度修正显著影响角分布，必须精确建模，因为其会模拟出CP破坏效应。