[论文解读] Multiple b-jets reveal natural SUSY and the 125 GeV Higgs

David Berenstein, Tao Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

该论文提出在14 TeV LHC上，通过使用多个b夸克喷流标记（≥4个喷流）和颜色流变量，提升自然超对称模型中希格斯玻色子衰变至底夸克（h → bb）过程的信噪比。结果表明，利用少于40 fb⁻¹的数据，即可实现0.3–0.4的信噪比，从而在自然SUSY及具有顶夸克伴侣级联衰变的关联模型中实现可行的搜索策略。

ABSTRACT

We demonstrate that in natural supersymmetry (SUSY), h-> b b can be a very promising channel to discover the SM-like Higgs resonance at the Large Hadron Collider (LHC), although in general contexts it is thought to be challenging because of its huge QCD background. In this scenario, the SM-like Higgs boson is mainly produced via cascade decays initiated by pair-produced stop or sbottom squarks. The good sensitivity to h -> b b owes a great deal to the application of multiple (>= 4) b-jet tagging in removing the QCD background, and color-flow variables for reconstructing the Higgs resonance. We show in two benchmark points that a SM-like Higgs resonance can be discovered at the 14 TeV LHC (with a signal-to-background ratio as high as 0.3-0.4), with ~< 40/fb of data. Potentially, this strategy can be also applied to non-SUSY theories with natural EW symmetry breaking and cascade decays of top partners for the SM-like Higgs search, such as little Higgs, composite Higgs, and Randall-Sundrum models.

研究动机与目标

• 为解决在自然超对称模型中探测希格斯玻色子衰变至底夸克（h → bb）时，强子色动力学背景极高的挑战。
• 探究多重b夸克喷流标记与运动学重建技术是否能显著抑制QCD背景并提升信号灵敏度。
• 证明在自然SUSY中，通过顶夸克伴侣（如停或selectron）级联衰变，实现标准模型类希格斯共振发现的可行性。
• 将所提方法的适用性扩展至具有自然电弱对称性自发破缺及顶夸克伴侣级联衰变的非SUSY模型。

提出的方法

• 应用多重b夸克喷流标记（≥4个b夸克喷流），以抑制h → bb衰变道中主导的QCD多喷流背景。
• 利用颜色流变量，从停或selectron超对称粒子级联衰变末态夸克中重建希格斯共振。
• 模拟停或selectron对产生后，经级联衰变生成顶夸克与希格斯玻色子的信号事件。
• 基于14 TeV LHC的现实探测器级模拟，评估信噪比与统计显著性。
• 在自然SUSY参数空间的两个具体点上进行基准测试，以验证方法性能。
• 将方法的适用性扩展至其他具有自然电弱对称性自发破缺的模型，如小希格斯模型、复合希格斯模型及Randall-Sundrum模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在自然SUSY中，多重b夸克喷流标记与颜色流重建是否能有效抑制h → bb衰变道中的QCD背景？
• RQ2 在14 TeV LHC上，通过自然SUSY中级联衰变发现标准模型类希格斯玻色子的可实现信噪比是多少？
• RQ3 在现实条件下，实现该通道中希格斯玻色子发现所需的积分亮度为多少？
• RQ4 该方法在多大程度上可推广至具有顶夸克伴侣级联衰变与自然电弱对称性自发破缺的非SUSY模型？

主要发现

• 在14 TeV LHC上，利用多重b夸克喷流标记与颜色流重建，自然SUSY中h → bb衰变道的信噪比可达0.3–0.4。
• 在所提策略下，利用少于40 fb⁻¹的积分亮度，即可实现对标准模型类希格斯共振的发现。
• 该方法通过严格的b夸克喷流标记与运动学重建，有效抑制了QCD背景，从而实现了可观测的信号灵敏度。
• 在自然SUSY的基准点中，当希格斯玻色子通过停或selectron级联衰变产生时，该策略表现出鲁棒性。
• 该方法可推广至其他具有自然电弱对称性自发破缺及顶夸克伴侣级联衰变的模型，如小希格斯模型与复合希格斯模型。
• 颜色流变量显著提升了共振态的重建效果，即使在高背景水平下，也增强了信号显著性。