[论文解读] Searches for the Higgs Boson

M. Herndon|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文报告了来自 Tevatron 实验（CDF 和 DØ）的首个直接排除标准模型 Higgs 玻色子（质量为 170 GeV）的结果，基于在 √s = 1.96 TeV 下高达 3 fb⁻¹ 的 p̄p 碰撞数据的联合分析。通过贝叶斯和 CLs 统计方法，实验在 170 GeV 处实现了对标准模型 Higgs 产生截面的观测上限，这是自 LEP 以来首次实现高质质量区间的直接排除，同时预测了在 LHC 上对所有质量范围的 Higgs 玻色子发现具有高灵敏度。

ABSTRACT

Searches for this Higgs boson are reaching an exciting time. This proceeding reports the progress on Standard Model Higgs boson searches at the Tevatron and the prospects for Higgs boson searches at the Large Hadron Collider. Also reported are the results of non Standard Model searches and prospects at the Tevatron, Large Hadron Collide and B factories. Included in this result are the first limits on the mass of the Standard Model Higgs boson at high masses beyond the kinematic reach of the Large Electron Positron collider.

研究动机与目标

• 使用 Tevatron 的数据报告对标准模型 Higgs 玻色子质量的最新实验约束。
• 评估 CDF 和 DØ 在宽广质量范围内（特别是高于 150 GeV）对标准模型 Higgs 玻色子产生的灵敏度。
• 提供对标准模型 Higgs 玻色子在 170 GeV 处的首次直接排除，超越 LEP 的限制。
• 评估在大型强子对撞机（LHC）上发现 Higgs 玻色子的前景，覆盖所有质量范围。
• 比较多种统计技术（贝叶斯与 CLs）的结果，并交叉检验分析中的系统不确定性。

提出的方法

• 基于在 √s = 1.96 TeV 下高达 3 fb⁻¹ 的 p̄p 碰撞数据，CDF 和 DØ 联合进行高质质量 Higgs 玻色子搜索。
• 采用多种衰变道（如 H → γγ、W W*、ZZ*），并针对轻子、光子、喷注和缺失横向动量优化触发策略。
• 使用控制区域和蒙特卡罗模拟进行严格的背景估计，系统不确定性作为多余参数处理。
• 采用贝叶斯和 CLs 统计技术，计算相对于标准模型预测的 Higgs 信号强度在 95% 置信水平（CL）的上限。
• 通过两种统计方法对实验结果进行全面组合，以交叉验证 170 GeV 处的排除结果。
• 基于 CMS 和 ATLAS 探测器设计，投影 LHC 的灵敏度，假设具有高亮度和改进的探测器性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于 Tevatron 数据，当前标准模型 Higgs 玻色子质量的实验排除极限是什么？
• RQ2 联合 CDF 和 DØ 分析能否以高置信度排除 170 GeV 处的标准模型 Higgs 玻色子？
• RQ3 在高质质量 Higgs 搜索中，贝叶斯与 CLs 统计方法在灵敏度和一致性方面如何比较？
• RQ4 LHC 对发现标准模型 Higgs 玻色子的预期灵敏度在全质量范围内如何？
• RQ5 在 Tevatron、LHC 和 B 介子工厂中，发现非标准模型 Higgs 玻色子的前景如何？

主要发现

• 联合 CDF 和 DØ 分析在 170 GeV 处排除了标准模型 Higgs 玻色子的产生，观测到的 95% 置信水平上限为标准模型截面的 0.95 倍。
• 在 170 GeV 处，贝叶斯方法的观测上限为 1.0 倍标准模型截面，CLs 方法为 0.95 倍，确认了以高置信度实现排除。
• 170 GeV Higgs 玻色子的预期灵敏度为标准模型截面的 1.4 倍（贝叶斯）和 1.3 倍（CLs），表明具有强大探测能力。
• 170 GeV 处的排除结果是自 LEP 最终结果以来首次对标准模型 Higgs 玻色子质量的直接限制，扩展了排除范围。
• 在 160 至 175 GeV 的质量范围内，预期灵敏度在标准模型截面的 1.2 至 1.7 倍之间，表明在这些质量处排除信号的可能性很高。
• 预计 LHC 在 1 fb⁻¹ 的积分亮度下，能够对所有质量范围的标准模型 Higgs 玻色子实现排除或观测，尤其在高于 135 GeV 的质量区域。