[论文解读] Searching for heavy charged Higgs bosons in the neutrino-tau decay mode at LHC

Kosuke Odagiri|ArXiv.org|Jan 27, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文研究了在大型强子对撞机（LHC）上通过τ–ν衰变道发现重带电Higgs玻色子（H±）的潜力，重点分析了在背景抑制条件下具有挑战性的过程H± → τν，该过程通过顶夸克融合（bg → tH⁻）产生。研究发现，通过提高信号效率，H±玻色子的质量上限可达1 TeV，且在广泛的tan(β)范围内均可实现探测，包括低至tan(β) ≈ 1.5，尤其在大tan(β)区域，信号显著增强。

ABSTRACT

We discuss the search for the heavy charged Higgs bosons H^\pm, implicitly of the Minimal Supersymmetric Standard Model, in the tau-nu decay mode at the LHC. Compared to the dominant decay mode H^\pm o bt, the channel suffers from suppression due to the branching ratio and the lack of direct mass reconstruction, but the reduced QCD background makes it a feasible channel especially in the large tan(beta) region. We study the production in `bt fusion' via bg o tH^-, and the leading irreducible background bg o tW^-. Our results indicate that for the H^\pm mass of greater than 200 GeV and up to 1 TeV and higher, they can be discovered in this channel for a vast range of the parameter space, down to at least tan(beta)\sim3 and potentially the whole range of tan(beta) down to 1.5 if the signal selection efficiency can be improved fourfold. Our analysis is sensitive to top quark identification at large rapidity, and should be supplemented with a full study including jet showering and detector effects.

研究动机与目标

• 评估在大型强子对撞机（LHC）上探测重带电Higgs玻色子（H±）在τ–ν衰变模式下的可行性。
• 评估信号与背景过程，特别是在最小超对称标准模型（MSSM）背景下的表现。
• 确定H±在τ–ν道中的发现能力，尤其关注分支比增强的大tan(β)区域。
• 探讨大快速度区域的顶夸克识别以及探测器级效应对信号灵敏度的影响。

提出的方法

• 分析主要产生过程：底夸克-胶子融合（bg → tH⁻），该过程对LHC上H±的产生至关重要。
• 考虑主要不可约背景：bg → tW⁻，其拓扑结构与信号相似。
• 使用理论截面计算和H± → τν的分支比估计，其依赖于tan(β)。
• 应用信号选择标准，重点在于顶夸克识别和τ–ν末态重建。
• 通过比较不同H±质量与tan(β)值下的信号与背景事件率，评估灵敏度。
• 考虑全探测器模拟的必要性，包括喷注簇射与重建效应，以验证结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管分支比被抑制且缺乏直接质量重建，重带电Higgs玻色子是否仍可在LHC的τ–ν衰变道中被发现？
• RQ2 H±在τ–ν模式下的发现能力在不同tan(β)值下如何表现，特别是在大tan(β)区域？
• RQ3 与主要的H± → bt衰变模式相比，τ–ν道中减少的QCD背景在信号与背景灵敏度方面表现如何？
• RQ4 在大快速度区域，顶夸克识别效率对H±在此道中可探测性的影响有多大？
• RQ5 需要多大程度的信号选择效率提升，才能将发现能力扩展至tan(β) ≈ 1.5？

主要发现

• 对于H±质量在200 GeV至1 TeV之间的范围，该通道在MSSM参数空间的广泛区域内均具备可探测性。
• 由于H± → τν的分支比增强，该通道在大tan(β)区域尤为可行。
• 当信号选择效率提升四倍时，发现能力可扩展至tan(β) ≈ 1.5，几乎覆盖全部tan(β)范围。
• τ–ν道中减少的QCD背景使其成为主要H± → bt衰变模式的有力竞争替代方案。
• 该分析对大快速度区域的顶夸克识别敏感，表明探测器级性能对信号探测至关重要。
• 本研究强调了必须进行包含喷注簇射与重建效应的全探测器模拟，以确认信号灵敏度。