[论文解读] Search for Standard Higgs Boson at Supercolliders

Nikolai Krasnikov, V. Matveev|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 3

一句话总结

本文综述了截至1999年大型电子正 positron 对撞机（LEP）和大型强子对撞机（LHC）上标准模型希格斯玻色子搜索的理论与实验现状。文章分析了产生与衰变道、LEP 数据的约束，以及 LHC 敏感度的预测，结论认为：若标准模型框架下存在希格斯玻色子，其质量很可能低于 130 GeV。

ABSTRACT

We review the standard Higgs boson physics and the search for higgs boson at LEP and LHC supercolliders

研究动机与目标

• 总结标准模型希格斯机制的理论框架及其对粒子质量生成的含义。
• 回顾 LHC 时代之前 LEP 实验对希格斯玻色子质量的实验约束。
• 基于理论预测与探测器模拟，分析 LHC 上希格斯玻色子的预期发现潜力。
• 评估不同衰变道（如 WW、ZZ、bb̄）在不同质量范围对希格斯玻色子的敏感度。
• 为 LHC 运行提供希格斯玻色子搜索的全面现象学概述。

提出的方法

• 利用有效场论与跑动重正化群方法分析希格斯耦合与自能修正。
• 应用微扰量子色动力学与电弱精确测量约束，对希格斯质量施加间接限制。
• 对 LHC 能量下的希格斯产生截面（ggF、VBF、W/Z 融合）进行蒙特卡洛模拟。
• 评估主要衰变模式（h→bb̄、h→WW*、h→ZZ*、h→γγ）的探测效率与本底抑制能力。
• 基于 LEP 数据与预期的 LHC 亮度，利用轮廓似然比方法构建置信水平限制。
• 将理论预测与现有的 LEP I 和 II 数据进行比较，以约束允许的希格斯质量窗口。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 LHC 上，希格斯玻色子的主要产生机制是什么？它们如何随希格斯玻色子质量变化？
• RQ2 LEP 实验目前对希格斯玻色子质量的实验限制是什么？这些限制对标准模型有何约束？
• RQ3 哪些希格斯衰变道在 LHC 上具有最佳发现敏感度？其预期信背比是多少？
• RQ4 希格斯玻色子与矢量玻色子及费米子的耦合如何依赖于其质量？这对探测有何影响？
• RQ5 在 100–200 GeV 的质量范围内，LHC 对标准模型希格斯玻色子的预期发现能力如何？

主要发现

• 基于在质心系能量最高达 208 GeV 下收集的数据，LEP 实验在 95% 置信水平下排除了约 95 GeV 以下的标准模型希格斯玻色子。
• 来自电弱精确可观测量的理论约束表明，希格斯玻色子质量应低于 250 GeV，且优选范围低于 130 GeV。
• 在 LHC 上，对于质量高于 120 GeV 的希格斯玻色子，胶子融合（ggF）是主导产生模式，在 √s = 14 TeV 下贡献超过总截面的 80%。
• h→bb̄ 衰变道具有最高的分支比，但面临严重的 QCD 本底挑战，尤其在低质量区域。
• h→γγ 和 h→WW* 衰变道提供更清晰的信号与更低的本底，使其成为 LHC 早期发现的关键。
• 在积分亮度为 100 fb⁻¹ 的条件下，LHC 预计对质量范围在 115–140 GeV 之间的标准模型希格斯玻色子具备发现敏感度，假设其耦合为标准值。