[论文解读] Phenomenology of the minimal $B-L$ Model: the Higgs sector at the Large Hadron Collider and future Linear Colliders

Giovanni Marco Pruna|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文研究了标准模型的最小B-L规范扩展的希格斯 sector，分析其在大型强子对撞机（LHC）和未来直线对撞机上的现象学。它识别出独特的希格斯玻色子信号，包括奇异衰变和额外的希格斯态，并绘制了允许的参数空间，表明该模型可通过高能对撞机的精确测量和稀有衰变道进行探测。

ABSTRACT

This Thesis is devoted to the study of the phenomenology of the Higgs sector of the minimal $B-L$ extension of the Standard Model at present and future colliders. Firstly, the motivations that call for the minimal $B-L$ extension are summarised. In addition, the model is analysed in its salient parts. Moreover, a detailed review of the phenomenological allowed Higgs sector parameter space is given. Finally, a complete survey of the distinctive Higgs boson signatures of the model at both the Large Hadron Collider and the future linear colliders is presented.

研究动机与目标

• 分析最小B-L规范扩展在 gauge 耦合统一和中微子质量生成背景下的现象学可行性。
• 在当前实验约束下，包括LHC希格斯数据和电弱精确可观测量，绘制希格斯 sector 的允许参数空间。
• 识别独特的希格斯玻色子信号，如隐形衰变、至中性标量的奇异衰变以及共振产生，以区分该模型与标准模型。
• 评估该模型在大型强子对撞机和未来直线对撞机上的发现潜力，特别是在精确希格斯物理背景下的表现。
• 全面调查未来对撞机如何通过高亮度和高能测量探测B-L规范玻色子和额外的希格斯态。

提出的方法

• 采用具有U(1)_B-L规范对称性和复标量单重态的最小B-L模型，以实现对称性破缺，从而产生一个中性希格斯态和一个具有质量的B-L规范玻色子。
• 应用跑动方程评估规范耦合统一性以及扩展标量场中希格斯势的稳定性。
• 使用蒙特卡洛模拟和事件重建技术，对包括隐形衰变和奇异衰变在内的希格斯产生与衰变过程进行建模。
• 应用来自LHC希格斯信号强度、希格斯隐形分支比以及对重希格斯和Z'玻色子的直接搜寻的实验约束。
• 通过高精度测量希格斯耦合常数和稀有衰变模式，评估未来直线对撞机（如ILC、CLIC）对该模型希格斯 sector 的敏感度。
• 在参数空间中构建基准场景，以识别具有独特对撞机信号的区域，如重希格斯态的共振产生或位移顶点。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前LHC数据和电弱精确可观测量约束下，最小B-L模型希格斯 sector 中哪些参数区域是可行的？
• RQ2 哪些希格斯玻色子衰变模式——尤其是隐形或奇异衰变——可作为LHC和未来直线对撞机上B-L模型的独特信号？
• RQ3 未来直线对撞机如何在LHC探测能力之外，提升对B-L规范玻色子和额外希格斯态的探测灵敏度？
• RQ4 该模型希格斯 sector 对规范耦合统一性和真空稳定性有何影响？
• RQ5 在参数空间的哪些区域，额外的希格斯态会导致可探测的共振产生或位移衰变信号？

主要发现

• 最小B-L模型允许一个可行的希格斯 sector，其扩展标量场包含一个重希格斯玻色子和一个B-L规范玻色子，与LHC希格斯信号强度一致。
• 希格斯玻色子衰变为类暗物质态的隐形衰变是关键信号，在参数空间的特定区域，分支比可能达到百分之几。
• 奇异衰变如h → Z'Z' 或 h → SS（标量对）是可能的，并且在高亮度未来直线对撞机上可被探测。
• 该模型预测存在一个重Z'规范玻色子，可通过二轻子或二胶子末态中的共振产生被发现，未来对撞机的探测能力可延伸至数TeV。
• 直线对撞机的精确测量可探测标准模型希格斯与额外希格斯态之间的混合，特别是在Z' → SS 或 Z' → hh 衰变模式中。
• B-L对称性破缺尺度较大且混合角较小时的参数区域可维持真空稳定，且与当前约束一致，同时仍可在未来设施中实现探测。