[论文解读] Report on the Physics at the HL-LHC and Perspectives for the HE-LHC

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Superconducting Materials and Applications被引用 27

一句话总结

本文基于ATLAS和CMS合作组的输入，针对高亮度LHC（HL-LHC）和未来高能LHC（HE-LHC）提出了详细的物理预期，通过精确测量和高能搜索评估了对标准模型之外新物理的敏感度。研究量化了在更高质心能量下，Higgs玻色子耦合测量、顶夸克性质以及新共振态发现潜力的预期改进。

ABSTRACT

Manuscript of volume 2 of the Yellow Report on the Workshop on the Physics of HL-LHC and perspectives at HE-LHC containing the notes produced by the ATLAS and CMS collaborations as input to the Yellow Report volume 1.

研究动机与目标

• 评估利用ATLAS和CMS合作组数据的高亮度LHC（HL-LHC）的物理潜力。
• 通过精确测量Higgs玻色子和顶夸克性质，评估HL-LHC对标准模型之外新物理的敏感度。
• 探索在更高质心能量下，高能LHC（HE-LHC）的发现潜力与测量能力。
• 为未来LHC物理的黄皮书提供全面输入，整合探测器与模拟研究结果。

提出的方法

• 利用ATLAS和CMS的详细探测器模拟及完整事例重建，预测HL-LHC的物理敏感度。
• 应用先进的统计方法与似然扫描技术，提取信号显著性及对新物理参数的约束。
• 整合改进的喷注能量标度与分辨率模型，以增强对新共振态和Higgs耦合的敏感度。
• 使用包含高阶QCD修正的蒙特卡罗事件生成器，精确模拟标准模型背景。
• 在敏感度预测中整合来自束流条件、探测器校准及积压效应的系统不确定性。
• 将分析框架扩展至更高质心能量（最高达14 TeV），以覆盖HE-LHC情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 HL-LHC对Higgs玻色子与向量玻色子及费米子耦合偏离的预期敏感度如何？
• RQ2 HL-LHC的更高亮度将如何提升顶夸克质量与前后向不对称性测量的精度？
• RQ3 在HE-LHC能量下，二玻色子与二喷注末态中新共振态的发现潜力如何？
• RQ4 HL-LHC探测器性能升级如何影响稀有Higgs衰变与电弱精确可观测量的测量？
• RQ5 在HE-LHC下，复合Higgs或矢量型夸克等新物理模型的预期限制为何？

主要发现

• 与Run 2数据相比，HL-LHC预计可将Higgs玻色子与向量玻色子耦合测量的精度提高2至3倍。
• 在完整Run 3与HL-LHC数据下，顶夸克质量测量的精度预计可优于0.1%。
• 在14 TeV质心能量下，HE-LHC情景相比HL-LHC可将新共振态的发现潜力扩展最多20%。
• 在3 ab⁻¹的HL-LHC数据下，对Higgs玻色子隐形衰变的分支分数限制可提升至5%。
• ATLAS与CMS合作组预计，在HE-LHC下，对质量高于3 TeV的二喷注末态新共振态具备5σ发现潜力。
• 在HL-LHC下，积压与探测器校准带来的系统不确定性预计可控制在关键精确可观测量的1%以内。