[论文解读] The Compact Linear e$^+$e$^-$ Collider (CLIC): Physics Potential

P. Roloff, Roberto Franceschini+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 47

一句话总结

对 CLIC 的物理潜力在 380 GeV 到 3 TeV 的详细评估，强调精密的 Higgs/顶夸克物理、EFT 敏感性，以及包括直接搜索和扩展 Higgs 支队的广泛 BSM 覆盖。

ABSTRACT

The Compact Linear Collider, CLIC, is a proposed e$^+$e$^-$ collider at the TeV scale whose physics potential ranges from high-precision measurements to extensive direct sensitivity to physics beyond the Standard Model. This document summarises the physics potential of CLIC, obtained in detailed studies, many based on full simulation of the CLIC detector. CLIC covers one order of magnitude of centre-of-mass energies from 350 GeV to 3 TeV, giving access to large event samples for a variety of SM processes, many of them for the first time in e$^+$e$^-$ collisions or for the first time at all. The high collision energy combined with the large luminosity and clean environment of the e$^+$e$^-$ collisions enables the measurement of the properties of Standard Model particles, such as the Higgs boson and the top quark, with unparalleled precision. CLIC might also discover indirect effects of very heavy new physics by probing the parameters of the Standard Model Effective Field Theory with an unprecedented level of precision. The direct and indirect reach of CLIC to physics beyond the Standard Model significantly exceeds that of the HL-LHC. This includes new particles detected in challenging non-standard signatures. With this physics programme, CLIC will decisively advance our knowledge relating to the open questions of particle physics.

研究动机与目标

• 评估 CLIC 各能段在 Higgs 和顶夸克测量方面的精密度。
• 量化通过 SM-EFT 参量对新物理的间接敏感性。
• 展示对 TeV 尺度新粒子和扩展 Higgs 夸克的直接发现能力。
• 评估各能段在 EFT 和 BSM 探索中的互补性。

提出的方法

• 基于全量探测器模拟和详细研究总结物理潜力。
• 使用模型无关和模型相关拟合从反冲质量和截面提取 Higgs 耦合和自发宽度。
• 将 SM-EFT 框架应用于顶夸克、Higgs 与多玻色子过程以估计计算子敏感性。
• 解释在各能段针对新电弱态和扩展 Higgs 夸克的直接搜索策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 在其各能段，CLIC 能在 Higgs 耦合、宽度和自耦合方面达到何种精度？
• RQ2 相较于 HL-LHC，CLIC 如何提升对 SM-EFT 参量的间接敏感性？
• RQ3 在 CLIC，新的 TeV 尺度电弱态和扩展 Higgs 夸克的直接探测范围是多少？
• RQ4 多能段如何增强全球 EFT 覆盖和 BSM 发现潜力？

主要发现

• Higgs 耦合的精度达到百分比量级；g_HZZ 在模型无关拟合中约为 0.6%；总 Higgs 宽度的测量精度约为 2.5%。
• Higgs 自耦合在 3 TeV 从多 Higgs 产生分析中可测得有意义的精度：约 [-7%, +11%]。
• 顶夸克质量可通过阈值扫描以总不确定度约 50 MeV 提取，统计精度约 20 MeV。
• SM-EFT 全局拟合对七个算子系数显示出高敏感性；高能段显著改善对能量增长算子的约束。
• CLIC 的直接搜索可以探测 TeV 量级的电弱态和扩展 Higgs 夸克，常常超越 HL-LHC 的覆盖；在标量单态、复合 Higgs 场景和暗物质候选者的投影中有体现。
• 三个能段提供互补且累积的 EFT 与直接搜索能力，在许多算子敏感性方面超越 HL-LHC。