[论文解读] Searches for Higgs and BSM at the Tevatron

A. Duperrin|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文基于费米实验室 Tevatron 对撞机 CDF 与 DØ 实验的 Run II 数据，最高达 2 fb⁻¹，全面综述了对标准模型 Higgs 玻色子及标准模型之外新物理（BSM）的直接搜寻。分析基于多种末态及先进的多变量技术，对 Higgs 玻色子质量、超对称粒子、轻子夸克、额外规范玻色子及额外维度设定了严格限制，签名搜寻中未观测到与标准模型显著偏离的结果。

ABSTRACT

This paper presents an overview of recent experimental direct searches for Higgs-boson and beyond-the-standard-model (BSM) physics shown in the plenary session at the SUSY07 conference. The results reported correspond to an integrated luminosity of up to 2 fb-1 of Run II data from $p\bar{p}$ collisions collected by the CDF and D0 experiments at the Fermilab Tevatron Collider. Searches covered include: the standard model (SM) Higgs boson (including sensitivity projections), the minimal supersymmetric extension of the standard model (MSSM), charged Higgs bosons and extended Higgs models, supersymmetric decays that conserve R-parity, gauge-mediated supersymmetric breaking models, long-lived particles, leptoquarks, extra gauge bosons, extra dimensions, and finally signature-based searches. Given the excellent performance of the collider and the continued productivity of the experiments, the Tevatron physics potential looks very promising for discovery in the coming larger data sets. In particular, the Higgs boson could be observed if its mass is light or near 160 GeV.

研究动机与目标

• 利用 Tevatron 的高亮度质子-反质子对撞数据，搜寻标准模型 Higgs 玻色子及标准模型之外的物理现象。
• 探索广泛的 BSM 场景，包括超对称、扩展的 Higgs 体系、长寿命粒子、轻子夸克及额外规范玻色子。
• 利用数据驱动的背景估计与多变量分析技术，设定新物理的模型无关与模型特定限制。
• 评估随着光度提升，Tevatron 在接近 160 GeV 时对 Higgs 玻色子及新物理的发现潜力。
• 为 SUSY2007 会议提供 CDF 与 DØ 实验结果的全面总结，以指导未来物理目标。

提出的方法

• CDF 与 DØ 实验分析了 p̄p 对撞在 √s = 1.96 TeV 下最高达 2 fb⁻¹ 的积分亮度数据。
• 搜寻采用多变量分析技术，包括神经网络，以增强超过 10 种末态的信号灵敏度。
• 背景通过数据驱动方法估计，尤其针对多喷胶与 Drell-Yan 过程，并在控制区域中进行验证。
• 对新规范玻色子（Z′、W′）与引力子的共振态搜寻，采用双轻子、双喷胶与光子末态中的不变质量重建。
• 签名搜寻（Vista 与 Sleuth）采用模型无关与准模型无关方法，识别与标准模型预测的偏离。
• 使用轮廓似然方法在 95% 置信水平下设定限制，结果在实验与末态之间进行了联合。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于 Tevatron 数据，最高达 2 fb⁻¹ 积分亮度，当前对标准模型 Higgs 玻色子质量的实验限制是什么？
• RQ2 在 CDF 与 DØ 数据中，能否观测到超对称粒子（如最轻中性ino 或 R-奇偶性守恒的 SUSY 衰变）的证据？
• RQ3 在 Tevatron 数据中，对新物理态如轻子夸克、Z′、W′ 与激发引力子的最低质量限制是多少？
• RQ4 在对新物理的全局签名搜寻中，是否存在与标准模型预测显著偏离的结果？
• RQ5 Tevatron 的性能与亮度提供能力如何支持未来数据运行中对 Higgs 玻色子与 BSM 物理的发现潜力？

主要发现

• 基于间接约束与直接 LEP 限制，标准模型 Higgs 玻色子在 95% 置信水平下被排除，质量低于 114.4 GeV 且高于 182 GeV。
• 对于衰变为 b̄b 的 Higgs 玻色子，观测到的信号强度限制为 120 GeV 处标准模型预测的 2.1 倍。
• CDF 与 DØ 对衰变为 bν 的 Higgs 玻色子设定了 229 GeV 的质量下限，对 τb 衰变中的矢量轻子夸克设定了 251 GeV 的质量下限。
• CDF 在假设 SM 类似耦合下，对 Z′ 玻色子质量设定了 923 GeV 的质量下限，对 E6 GUT 模型也给出了更低的限制。
• 对于 Randall-Sundrum 引力子，CDF 与 DØ 对 k/MPlanck 设定了 95% 置信水平的上限，作为引力子质量的函数，最强约束出现在 1.1–1.3 fb⁻¹ 数据中。
• 在全局签名搜寻（Vista 与 Sleuth）中未观测到与标准模型的显著偏离，所有差异均在统计不确定性范围内。