[论文解读] Strategy to measure the Higgs mass, width and invisible decays at ILC

F. Richard, Philip Bambade|ArXiv.org|Mar 16, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出在国际线性对撞机（ILC）的希格斯玻色子阈值略上方运行，以精确测量希格斯玻色子的质量、宽度和隐形衰变。通过利用阈值附近优异的反冲质量分辨率，该策略使mH = 120 GeV时所需亮度降低一个数量级，并可实现mH > 170 GeV时的宽度测量，同时实现对隐形分支比的精确限制。

ABSTRACT

This document is meant to provide semi-quantitative arguments to evaluate the luminosity needed at ILC to achieve a precise measurement of the Higgs mass, width and invisible decays. It is shown that for mH=120 GeV, one can save an order of magnitude on the luminosity needed to achieve a given precision on the Higgs mass, as compared to what can be obtained at \sqrt s=350 GeV, by running near threshold. Since the recoil mass resolution near threshold is independent of the Higgs mass, one can also access the Higgs width for masses above 170 GeV. This strategy of running just above threshold is also optimal to measure or set upper limits on the Higgs invisible branching ratio. Two MSSM scenarios are presented to illustrate the potential interest of an optimized recoil mass resolution. A simplified description of the various experimental mechanisms affecting this type of measurement is presented: detector resolution for leptons and jets, luminosity and beamstrahlung energy dependence, initial and final radiation of the involved leptons.

研究动机与目标

• 确定在ILC上实现希格斯玻色子精确测量所需的最佳亮度要求。
• 评估在希格斯产生阈值附近运行相对于标准ILC运行模式在提升质量与宽度分辨率方面的优势。
• 实现对希格斯玻色子隐形分支比的精确测量或设定上限。
• 评估探测器分辨率、束流能量展宽及辐射效应对测量精度的影响。
• 证明利用反冲质量技术对质量高于170 GeV的希格斯玻色子宽度进行测量的可行性。

提出的方法

• 在质心系能量略高于希格斯粒子对产生阈值的e+e−碰撞中进行实验。
• 利用反冲质量分辨率技术高精度重建希格斯玻色子质量。
• 建模探测器效应，包括轻子与喷注能量分辨率、束流辐射能量展宽，以及初态和末态辐射。
• 通过模拟亮度与能量依赖性，量化该策略相较于标准运行模式的精度提升。
• 将该方法应用于两种MSSM情景，以说明对隐形衰变的灵敏度及宽度测量能力。
• 采用简化的实验模型，评估关键系统误差对测量精度的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ILC上实现给定精度的希格斯玻色子质量测量，需要多少亮度？
• RQ2 与标准ILC运行模式相比，阈值运行在希格斯质量与宽度测量方面有何优势？
• RQ3 能否利用反冲质量分辨率对质量高于170 GeV的希格斯玻色子宽度进行测量？
• RQ4 反冲质量分辨率如何实现对隐形分支比的精确测定？
• RQ5 影响阈值附近希格斯玻色子质量与宽度测量的主要系统误差是什么？

主要发现

• 在mH = 120 GeV时，将ILC运行在阈值略上方，相比√s = 350 GeV，可使所需亮度降低一个数量级。
• 阈值附近的反冲质量分辨率与希格斯玻色子质量无关，从而可在大范围内实现高精度质量测量。
• 该阈值策略可实现对质量高于170 GeV的希格斯玻色子宽度的测量。
• 该方法在设定希格斯玻色子隐形分支比上限方面最为理想。
• 提升反冲质量分辨率可显著增强在MSSM情景下对隐形衰变的探测灵敏度。
• 已量化束流辐射、初态与末态辐射及探测器分辨率等系统误差，并表明在优化设计下可有效控制。