[论文解读] Report of the Topical Group on Higgs Physics for Snowmass 2021: The Case for Precision Higgs Physics

S. Dawson, Patrick Meade+79 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2022

Distributed and Parallel Computing Systems被引用 20

一句话总结

本 Snowmass 2021 专题组报告主张在未来对撞机进行精准的希格斯物理研究，阐述对希格斯耦合测量、质量/宽度的确定，以及自耦合前景，以探测超出LHC的 TeV 量级的 BSM 物理。

ABSTRACT

A future Higgs Factory will provide improved precision on measurements of Higgs couplings beyond those obtained by the LHC, and will enable a broad range of investigations across the fields of fundamental physics, including the mechanism of electroweak symmetry breaking, the origin of the masses and mixing of fundamental particles, the predominance of matter over antimatter, and the nature of dark matter. Future colliders will measure Higgs couplings to a few per cent, giving a window to beyond the Standard Model (BSM) physics in the 1-10 TeV range. In addition, they will make precise measurements of the Higgs width, and characterize the Higgs self-coupling. This report details the work of the EF01 and EF02 working groups for the Snowmass 2021 study.

研究动机与目标

• 以将精准的希格斯测量作为理解 EWSB、味学、CP 违反和潜在 BSM 物理的核心路径来激励研究。
• 把可观测的希格斯性质映射到粒子物理学与宇宙学中的基本问题。
• 评估当前与未来对撞机在实现百分比级精度方面的实验与理论就绪情况。
• 就观测新的与希格斯相关现象所需的探测器和加速器要求提供指南。

提出的方法

• 综合来自 LHC 第2次运行的希格斯实验状态以及未来对撞机的测量与预测。
• 提出使用 EFT/kappa 形式和超越方法来解释希格斯耦合偏差的框架。
• 比较各类拟议的希格斯工厂和高能对撞机对希格斯观测量的灵敏度。
• 讨论精准希格斯测量与直接搜索 BSM 物理之间的相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来对撞机在希格斯耦合到标准模型粒子方面能达到多高的精度？
• RQ2 在 EFT 或其他框架中，投影的希格斯耦合精度如何转化为对新物理尺度（TeV 范围）的敏感度？
• RQ3 未来设施在测量希格斯自耦合和双希格斯产生方面有哪些前景？
• RQ4 希格斯测量如何在约束 BSM 情景（如单元、2HDM、或希格斯环路）方面与直接搜索互补？
• RQ5 观察新的希格斯相关现象需要哪些探测器/加速器要求？

主要发现

• 当前 LHC Run 2 数据在希格斯质量测量达到千分之一级精度，且在若干通道中的耦合接近 5–10% 的精度。
• 未来设施的精准希格斯测量可在 0.1–5.5 TeV 范围内探测新物理尺度，取决于耦合与机制。
• 希格斯自耦合和双希格斯产生对于刻画希格斯势非常关键，且正在通过 LHC 的多种通道进行约束；未来对撞机旨在获得更强的灵敏度。
• 百分之一至千分之一级的希格斯耦合精度意味着对 BSM 物理的敏感性，在某些情景下，EFT 解释需要对希格斯门户以及非 EFT 方法进行仔细考量。
• 报告强调需要将精准希格斯测量与直接搜索及其他约束相结合，以全面探索 BSM 领域。
• 它为多种机器（希格斯工厂和高能对撞机）提供预测，显示出在精准希格斯物理方面的广阔机遇。