[论文解读] Searches for Charged Higgs Bosons at LEP

André Holzner|ArXiv.org|May 17, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文报告了在2000年收集的210 pb⁻¹数据下，对LEP中e⁺e⁻碰撞下带电Higgs玻色子的搜索。尽管L3实验在约68 GeV的H⁺→τν衰变道中观测到4.4σ的超额信号，但其他LEP合作组未发现类似信号，因此尽管结果尚属初步，联合分析仍将带电Higgs玻色子质量的95%置信水平下限设定为78.5 GeV。

ABSTRACT

The four LEP experiments Aleph, Delphi, L3 and Opal updated their searches for pair production of charged Higgs bosons using more than 210/pb luminosity collected per experiment in the year 2000. Combining it with previously collected data, a significant deviation from background (equivalent to 4.4 sigma) is found by the L3 collaboration for low values of the branching ratio H+/- -> tau nu around masses of about 68 GeV. This excess is however not seen by the other LEP collaborations and thus a lower limit on the charged Higgs mass is set at 78.5 GeV at 95% confidence level. All results reported here are still preliminary.

研究动机与目标

• 利用更高亮度的数据，在LEP的e⁺e⁻碰撞中搜索成对产生的带电Higgs玻色子（H⁺H⁻）。
• 测试在双Higgs双态模型（2HDMs）中预测的带电Higgs玻色子的存在性，特别是H⁺→τν衰变道。
• 通过合并结果解决LEP合作组之间的差异，并对带电Higgs玻色子质量设定稳健的下限。
• 研究L3在约68 GeV处观测到的4.4σ超额信号的性质，该信号未被其他合作组确认。

提出的方法

• 分析使用了中心系能量高达约200 GeV的e⁺e⁻碰撞数据，重点研究通过Z*/γ*交换产生的H⁺H⁻对产生过程。
• 分析了三种末态通道：完全轻子道（τ⁺ντ⁻ν̄）、半轻子道（c s̄ τ⁻ν̄）以及完全强子道（c s̄ c̄ s），具有四胶子喷注且无缺失能量。
• 各实验采用不同的事件选择技术：Delphi使用似然方法，Aleph使用线性判别分析，L3使用神经网络，以区分信号与背景。
• 背景主要由W⁺W⁻、q q̄和γγ事件主导；通过τ自旋极化、Higgs产生极角和喷注质量配对等运动学变量优化信号区域。
• L3的四喷注分析使用了最大化质量的喷注配对算法，并对Higgs产生极角施加了截断，以减少W⁺W⁻背景。
• 通过轮廓似然方法将Aleph、Delphi、L3和Opal的结果合并，以设定分支比的上限，并在95%置信水平下设定质量下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 L3实验在H⁺→τν衰变道中于约68 GeV处观测到的4.4σ超额信号是否代表真实的带电Higgs信号？
• RQ2 为何L3观测到的超额未被其他LEP实验（Aleph、Delphi、Opal）所确认？
• RQ3 当综合考虑所有LEP数据时，带电Higgs玻色子质量的联合下限是多少？
• RQ4 带电Higgs玻色子质量的限制如何依赖于分支比BR(H⁺→τν)？
• RQ5 L3与其他LEP实验之间观测到的差异是否可由统计涨落或探测器/系统性效应解释？

主要发现

• L3合作组在约68 GeV的H⁺H⁻对产生搜索中观测到4.4σ的超额信号，主要出现在H⁺→τν衰变道。
• Aleph、Delphi和Opal在其各自对相同末态的分析中未观测到显著超额。
• 当将所有四个LEP实验的数据合并后，超额的显著性降低，带电Higgs玻色子质量在95%置信水平下的下限被设定为78.5 GeV。
• 观测到的m(H⁺)下限分别为：Aleph为78.0 GeV，Delphi为73.8 GeV，L3（单独）为67.1 GeV，Opal为72.2 GeV，联合下限为78.5 GeV。
• 在BR(H⁺→τν) = 0时，联合分析的预期极限（中位背景仅）为80.1 GeV；在BR(H⁺→τν) = 1时，预期极限为91.7 GeV。
• 在m(H⁺)与BR(H⁺→τν)平面的排除区域显示，约68 GeV附近的信号区域与联合数据的不符程度超过3σ显著性。