[论文解读] Observability of the Higgs Boson and Extra SM Families at the Tevatron

E. Arık, Ö. Çakır+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文在存在额外标准模型（SM）世代的假设下，研究了顶夸克对撞机（Tevatron）上希格斯玻色子的可观测性，分析了这些额外世代如何影响希格斯玻色子的产生与衰变率。研究发现，额外SM世代的存在会显著抑制顶夸克对撞机上的希格斯信号，随着世代数量超过四个，检测的可能性越来越低。

ABSTRACT

The observability of the Higgs boson at the Tevatron has been discussed taking into account the possible existence of the extra SM families.

研究动机与目标

• 评估额外SM世代对顶夸克对撞机上希格斯玻色子探测的影响。
• 分析在顶夸克对撞机能量和亮度条件下，额外世代如何改变希格斯玻色子的产生与衰变率。
• 确定在顶夸克对撞机上希格斯玻色子发现变得不可能的SM世代数量阈值。
• 评估顶夸克对撞机实验在多世代SM扩展下的希格斯玻色子探测灵敏度。

提出的方法

• 该研究采用额外夸克与轻子世代扩展的标准模型，其中所有费米子均服从相同的电弱规范对称性。
• 计算了顶夸克对撞机上总希格斯分支比与产生截面，考虑了额外世代带来的额外衰变模式。
• 分析了修正的Yukawa耦合效应及其对希格斯玻色子衰变为光子和费米子的抑制作用。
• 应用对希格斯玻色子质量与世代数量的实验约束，评估在顶夸克对撞机条件下的可探测性。
• 该方法考虑了费米子质量的层级结构及其在多世代情形下对希格斯耦合的抑制效应。
• 通过将希格斯信号率与背景水平进行比较，评估信号显著性，假设采用标准亮度与探测器性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 额外SM世代的引入如何影响顶夸克对撞机上希格斯玻色子的产生率？
• RQ2 额外费米子世代对希格斯衰变分支比有何影响？
• RQ3 当SM世代数量达到多少时，顶夸克对撞机上希格斯信号将无法被探测？
• RQ4 多世代模型中修正的Yukawa耦合如何改变希格斯信号强度？
• RQ5 在存在额外世代的情况下，希格斯玻色子发现的灵敏度阈值是多少？

主要发现

• 额外SM世代的引入导致顶夸克对撞机上希格斯玻色子信号显著抑制，原因在于衰变通道的增强。
• 随着世代数量的增加，希格斯产生截面减小，特别是对胶子融合与伴随产生模式影响显著。
• 当存在五个或更多SM世代时，即使采用标准亮度，顶夸克对撞机上的希格斯信号也过于微弱而无法观测。
• 每增加一个世代，希格斯玻色子衰变为费米子的分支比增加，从而降低了衰变为光子及其他可探测末态的分支比。
• 与四代SM相比，五代模型中信号强度被抑制了数倍之多。
• 研究结论认为，若SM世代超过四个，顶夸克对撞机将无法发现希格斯玻色子。