[论文解读] Search for Next Generations of Quarks and Leptons at the Tevatron and LHC

I. F. Ginzburg, Igor Ivanov+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文研究了通过费米子和轻子额外世代在Tevatron和LHC上的Higgs玻色子产生过程，特别是通过胶子融合和$WW^*$与$\tau\bar{\tau}$衰变道，探测其存在的可能性。结果表明，此类新世代将使Higgs产生截面增强6至9倍，从而可通过两个对撞机的精密测量确定标准模型中世代的数量。

ABSTRACT

If next generations of heavy quarks and leptons exist within the standard model (SM), they can manifest themselves in Higgs boson production at the Tevatron and the LHC, before being actually observed. This generation leads to an increase of the Higgs boson production cross section via gluon fusion at hadron colliders by a factor 6-9. So, the study of this process at the Tevatron and LHC can finally fix the number of generations in the SM. Using the $WW^*$ Higgs boson decay channel, the studies at the upgraded Tevatron will answer the question about the next generation for mass values 135 GeV $\lsim M_H\lsim 190$ GeV. Studying the $ au\bar{ au}$ channel we show its large potential for the study of the Higgs boson at the LHC even in the standard case of three generations. At the Tevatron, studies in this channel could explore the mass range 110-140 GeV.

研究动机与目标

• 通过研究其对Higgs玻色子产生的间接效应，确定标准模型中是否存在额外的夸克和轻子世代。
• 评估升级后的Tevatron和LHC对新世代的敏感性，通过Higgs产生截面增强的分析。
• 评估$WW^*$和$\tau\bar{\tau}$衰变道在两个对撞机上探测新世代的发现潜力。
• 通过分析Higgs产生率的偏差，约束标准模型中世代的数量。

提出的方法

• 分析强子对撞机中通过胶子融合产生的Higgs玻色子，该过程对额外重夸克和轻子的存在敏感。
• 利用$WW^*$衰变道探测升级后的Tevatron中Higgs玻色子信号，Higgs质量范围为135 GeV至190 GeV。
• 评估LHC中$\tau\bar{\tau}$衰变道探测新世代的潜力，即使在仅存在三世代的标准模型情景下。
• 预测在Tevatron中$\tau\bar{\tau}$通道对新世代的探测灵敏度，Higgs质量范围为110 GeV至140 GeV。
• 量化由于额外世代导致的Higgs产生截面增强，估计胶子融合速率将增加6至9倍。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Tevatron和LHC上，通过Higgs玻色子产生过程，多大程度上可以探测到额外夸克和轻子世代的存在？
• RQ2 在强子对撞机中，新世代的引入如何影响通过胶子融合产生的Higgs玻色子截面？
• RQ3 在Higgs质量范围135–190 GeV内，升级后的Tevatron中$WW^*$衰变道对新世代的探测灵敏度如何？
• RQ4 在假设仅存在三世代的前提下，LHC中$\tau\bar{\tau}$衰变道探测新世代的有效性如何？
• RQ5 Tevatron中的$\tau\bar{\tau}$通道是否能探测到Higgs质量在110–140 GeV范围内的新世代？

主要发现

• 额外夸克和轻子世代的存在将使强子对撞机中通过胶子融合产生的Higgs玻色子截面增强6至9倍。
• 在Higgs玻色子质量范围135 GeV ≤ $M_H$ ≤ 190 GeV内，升级后的Tevatron中$WW^*$衰变道可探测新世代的存在。
• 即使在标准三世代情景下，LHC中的$\tau\bar{\tau}$衰变道对Higgs玻色子研究仍具有显著潜力。
• 在Higgs质量介于110 GeV至140 GeV之间时，Tevatron中的$\tau\bar{\tau}$衰变道可探索新世代的存在。
• 这些研究共同提供了一条通过精确测量Higgs产生与衰变来确定标准模型中世代数量的路径。