[论文解读] TASI 2004 Lecture Notes: Higgs Boson Physics

Laura Reina|ArXiv.org|Dec 30, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 13

一句话总结

本文全面回顾了标准模型（SM）和最小超对称标准模型（MSSM）中的希格斯玻色子物理，重点在于理论约束、衰变分支比以及强子对撞机和轻子对撞机中的产生截面。文章展示了在下一阶微扰计算（NLO）和下一下一阶微扰计算（NNLO）水平上的先进计算结果，表明在理论不确定度范围内，底夸克初态产生的希格斯玻色子在四 flavor 和五 flavor 方案之间达成一致，这是精确希格斯现象学领域的一项关键进展。

ABSTRACT

In these lectures I briefly review the Higgs mechanism of spontaneous symmetry breaking and focus on the most relevant aspects of the phenomenology of the Standard Model and of the Minimal Supersymmetric Standard Model Higgs bosons at both hadron and lepton colliders. Some emphasis is put on the perturbative calculation of both Higgs boson branching ratios and production cross sections, including the most important radiative corrections.

研究动机与目标

• 为研究人员提供一份关于标准模型和最小超对称标准模型中希格斯玻色子物理的自包含入门介绍。
• 回顾对希格斯玻色子质量的理论约束，包括幺正性、无量纲性、真空稳定性以及电弱精确测量。
• 分析顶夸克、LHC和国际线性对撞机（ILC）中希格斯玻色子的衰变和产生现象学。
• 呈现希格斯衰变率和产生截面的最先进微扰计算，特别是针对 $gg \to H$ 和 $q\bar{q}, gg \to b\bar{b}H$ 过程。
• 通过比较NLO和NNLO结果，解决底夸克初态希格斯产生中四 flavor 和五 flavor 方案之间的差异。

提出的方法

• 回顾希格斯机制及其在标准模型和MSSM中自发电弱对称性自发破缺中的作用。
• 利用幺正性、无量纲性、真空稳定性以及间接精确测量，分析标准模型希格斯玻色子质量的理论约束。
• 应用微扰量子场论技术计算希格斯玻色子的分支比和产生截面，包括辐射修正。
• 通过NLO和NNLO计算，对底夸克初态希格斯产生中的四 flavor 和五 flavor 方案进行比较研究。
• 利用尺度变化（规范能标和因子化能标）来估算截面中的理论不确定度。
• 利用NLO和NNLO计算的数值结果，比较在Tevatron和LHC中 $pp, p\bar{p} \to b\bar{b}H$ 和 $pp, p\bar{p} \to b(\bar{b})h$ 的4FNS和5FNS预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准模型希格斯玻色子的质量受到哪些关键理论约束？
• RQ2 标准模型与MSSM中希格斯玻色子的耦合常数和衰变分支比有何不同？
• RQ3 在Tevatron、LHC和ILC中，希格斯玻色子的主要产生机制和衰变通道是什么？
• RQ4 四 flavor 和五 flavor 方案在预测底夸克初态希格斯产生截面方面有何异同？
• RQ5 NLO 和 NNLO 修正在多大程度上解决了四 flavor 和五 flavor 方案在希格斯产生预测中的差异？

主要发现

• 在MSSM中，包含和半包含 $b\bar{b}H$ 产生的NLO和NNLO计算结果表明，四 flavor 方案（4FNS）和五 flavor 方案（5FNS）在各自尺度不确定度范围内达成良好一致。
• 在Tevatron和LHC中，5FNS始终预测略高的截面，但差异在理论不确定度范围内。
• 对 $q\bar{q}, gg \to b\bar{b}H$ 进行NLO修正，是解决四 flavor 和五 flavor 方案之间先前差异的关键。
• 四 flavor 和五 flavor 方案中的微扰级数展开顺序不同，但在相同阶数（NLO/NNLO）截断时，结果在尺度不确定度范围内一致。
• 对于 $pp, p\bar{p} \to b(\bar{b})h$ 产生过程，四 flavor 和五 flavor 方案在NLO下的截面在各自的尺度变化区间内一致，证实了两种方案在该阶次下的可靠性。
• 四 flavor 和五 flavor 方案在NLO和NNLO下的一致性，验证了在精确希格斯物理中可任选其一，前提是理论不确定度得到一致估算。