[论文解读] Recent Developments in HiggsBounds and a Preview of HiggsSignals

P. Bechtle, Oliver Brein+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 23

一句话总结

本文介绍了 HiggsBounds-3.8.0 的最新改进，重点是增强的标准模型相似性检验，可更准确地利用 LHC 和 Tevatron 数据排除新物理 Higgs 模型。本文还推出了 HiggsSignals-1.0.0，一种用于基于 $\chi^{2}$ 的全局拟合工具，将 Higgs sector 预测与信号率和质量测量值进行对比，展示了其在 MSSM 中的应用，其中较重的 CP 偶 Higgs 玻色子 $H$ 可以解释 126 GeV 的 LHC 信号，最佳拟合 $\chi^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$，对应参数为 $(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$。

ABSTRACT

We report on recent developments in the public computer code HiggsBounds, which confronts arbitrary Higgs sector predictions with 95% C.L. exclusion limits from Higgs searches at the LEP, Tevatron and LHC experiments. We discuss in detail the performance of the Standard Model (SM) likeness test as implemented in the latest version HiggsBounds-3.8.0, whose outcome decides whether a search for a SM Higgs boson can be applied to a model beyond the SM. Furthermore, we give a preview of features in the upcoming version HiggsBounds-4.0.0 and the new program HiggsSignals, which performs a chi-squared test of Higgs sector predictions against the signal rate and mass measurements from Higgs boson analyses at the Tevatron and LHC. This is illustrated with an example where the heavier CP-even Higgs boson of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is considered as an explanation of the LHC Higgs signal at ~126 GeV.

研究动机与目标

• 通过改进 HiggsBounds 中的标准模型相似性检验，提高 Higgs sector 研究中模型排除的准确性。
• 通过 HiggsBounds-4.0.0 扩展 HiggsBounds 在完整 8 TeV LHC 数据集上的适用性。
• 开发 HiggsSignals-1.0.0，作为新工具，对 Higgs sector 预测进行基于 $\chi^{2}$ 的全局拟合，对比来自 LHC 和 Tevatron 的信号率和质量测量值。
• 测试在 MSSM 中将 126 GeV LHC Higgs 信号解释为较重的 CP 偶 Higgs 玻色子 $H$ 的可行性。
• 将 LEP 的 $\chi^{2}$ 信息整合到未来 HiggsBounds 版本中，以提升与实验约束的一致性。

提出的方法

• HiggsBounds-3.8.0 中的标准模型相似性检验使用标准模型权重来评估不同信号拓扑（如 ggf、VBF、HW、HZ、Ht\bar{t}）的信号率，以判断某模型的信号率是否足够接近标准模型，从而确定某项分析是否适用。
• 该检验将模型的信号强度修正因子 $\mu$ 与每种拓扑的等效耦合 $c_i$ 进行比较，偏差按标准模型对总信号率的预期贡献加权。
• HiggsSignals-1.0.0 使用 ATLAS、CMS、DØ 和 CDF 的信号率和质量测量值进行完整的 $\chi^{2}$ 检验，包括系统不确定性的相关性。
• 该方法在 Higgs 玻色子在实验中无法分辨时，通过在 $\chi^{2}$ 计算中叠加信号率，考虑了重叠的信号贡献。
• 该代码将 LEP $\chi^{2}$ 约束整合到 HiggsBounds-4.0.0 中，实现了对 LHC 前限制的一致处理。
• 输入通过 SUSY 模型的 SLHA 块提供，有效耦合和分支比由用户定义的参数推导得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 HiggsBounds 中的标准模型相似性检验能否准确判断新物理 Higgs 模型是否与给定的标准模型 Higgs 搜索分析兼容？
• RQ2 在标准模型相似性检验中引入标准模型权重，如何提升 LHC 排除极限对非标准模型的适用性？
• RQ3 在当前数据下，MSSM 中较重的 CP 偶 Higgs 玻色子 $H$ 在多大程度上可以解释 126 GeV 的 LHC Higgs 信号？
• RQ4 当 $H$ 在 126 GeV 解释该信号时，MSSM 场景的全局 $\chi^{2}$ 拟合质量如何？最佳拟合参数是什么？
• RQ5 HiggsBounds-4.0.0 中整合 LEP $\chi^{2}$ 信息后，将如何提升与 LHC 前约束的一致性？

主要发现

• HiggsBounds-3.8.0 中的标准模型相似性检验成功识别出信号拓扑显著偏离标准模型预期的模型，即使主导通道（如胶子融合）保持不变。
• 在标准模型相似性检验中引入标准模型权重，使次主导信号拓扑（如 VBF、HW、HZ）的偏差可更大，而不会使分析失效。
• 在 MSSM 场景中，若较重的 CP 偶 Higgs 玻色子 $H$ 解释 126 GeV LHC 信号，则最佳拟合点位于 $(m_A, \tan\beta) = (101.0~\mathrm{GeV}, 6.0)$，$\chi^{2}/\mathrm{ndf} = 29.3/32$。
• 该场景中较轻的 CP 偶 Higgs 玻色子 $h$ 对 $Z$ 玻色子的耦合减弱，使其可避开 LEP 的排除限制。
• 在最佳拟合场景中，带电 Higgs 玻色子 $H^{\pm}$ 的质量为 126 GeV，且 $t \to H^{+}b \to \tau^{+}\nu_{\tau}b$ 的分支比接近 ATLAS 的排除极限，因此在更多数据下可能被发现。
• HiggsSignals-1.0.0 实现了对 Higgs sector 预测与多个实验测量值之间的一致、全局的基于 $\chi^{2}$ 的比较，包括系统不确定性的相关性。