[论文解读] The Higgs Working Group: Summary Report (2001)

D. Cavalli, A. Djouadi+58 more|ArXiv.org|Mar 5, 2002

Distributed and Parallel Computing Systems被引用 49

一句话总结

该2001年希格斯工作组报告评估了顶夸克对撞机和大型强子对撞机上的希格斯玻色子产生与探测，重点关注标准模型及其超对称扩展中的信号与背景过程。报告表明，改进的理论计算——尤其是胶子融合和顶夸克-希格斯联合产生过程——可提升发现潜力，而弱规范玻色子融合和带电希格斯玻色子衰变为τ轻子或超对称粒子等新信号模式显著扩展了在具有隐形衰变或中等tanβ值等困难参数区域的探测范围。

ABSTRACT

Report of the Higgs working group for the Workshop `Physics at TeV Colliders', Les Houches, France, 21 May - 1 June 2001. It contains 7 separate sections: A. Theoretical Developments B. Higgs Searches at the Tevatron C. Experimental Observation of an invisible Higgs Boson at LHC D. Search for the Standard Model Higgs Boson using Vector Boson Fusion at the LHC E. Study of the MSSM channel $A/H o ττ$ at the LHC F. Searching for Higgs Bosons in $t\bar t H$ Production G. Studies of Charged Higgs Boson Signals for the Tevatron and the LHC

研究动机与目标

• 评估顶夸克对撞机和大型强子对撞机上希格斯玻色子的发现潜力，特别是在因隐形衰变或衰变抑制而曾被认为具有挑战性的区域。
• 通过减少理论不确定性，改进关键产生过程（胶子融合gg→H、顶夸克-希格斯联合产生t̄tH以及弱规范玻色子融合）的理论预测。
• 探索替代的希格斯衰变道，特别是带电希格斯玻色子（H±），以探测MSSM和大额外维度模型。
• 通过超对称粒子的级联衰变，拓展在中等tanβ区域的发现能力，该区域标准模型中H±的衰变过弱而难以探测。
• 通过多轻子和τ喷注末态中的重建信号，实现对希格斯耦合常数和质量的精确测定。

提出的方法

• 采用先进的量子色动力学和电弱计算方法处理gg→H、gg→H+jet和t̄tH产生过程，包括高阶修正以减少理论不确定性。
• 将弱规范玻色子融合（WBF）过程作为补充信号道，以增强在QCD背景较大的区域中的探测灵敏度。
• 应用非微扰和有效场论技术，对H±衰变为τντ及带电惰性/中性粒子对进行建模，尤其针对中等tanβ区域。
• 在τ喷注末态中引入极化效应，以提升信号识别能力和H±的质量重建精度。
• 利用蒙特卡洛模拟和事件重建技术，估算各类基准模型下希格斯信号的显著性水平。
• 解决大型强子对撞机上包含截面计算中的重复计数问题，特别是通过顶夸克衰变和超对称级联衰变产生的H±生产过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在隐形衰变或标准模型衰变受抑制的区域，希格斯玻色子在大型强子对撞机上的发现潜力如何，特别是在这些区域？
• RQ2 对gg→H和t̄tH产生的改进理论计算如何影响信背比和发现能力？
• RQ3 在标准模型衰变过弱而难以探测的中等tanβ区域，能否探测到带电希格斯玻色子？若能，通过何种信号模式？
• RQ4 弱规范玻色子融合（WBF）在困难参数空间中是否能显著提升希格斯信号探测能力？
• RQ5 大型强子对撞机能否通过带电希格斯衰变模式和极化不对称性，区分2HDM模型与大额外维度模型？

主要发现

• 即使在窄宽度近似失效的区域，仅使用15 fb⁻¹数据，在顶夸克对撞机Run 2中，H±→τ±ντ道也能提取出显著的带电希格斯信号。
• 在大型强子对撞机上，H±→τ±ντ道的发现潜力与中性希格斯玻色子的A/H→ττ道相当，可覆盖MSSM参数空间的广阔区域。
• 在包含单态中微子的大额外维度模型中，H⁻→τ⁻Lψ + c.c.过程因Kaluza-Klein态的增强而被放大，使大型强子对撞机可实现5σ显著性观测。
• 对于H±→tb和H±→τ±ντ衰变，利用300 fb⁻¹积分亮度，质量重建精度可分别达到约200 GeV时的0.5%和约500 GeV时的1.8%。
• 利用300 fb⁻¹数据和10%的亮度不确定性，tanβ参数的测量精度可分别达到tanβ=20时的7.4%和tanβ=50时的5.4%。
• 超对称粒子（如标夸克和胶微子）的级联衰变在中等tanβ区域为H±提供了可行的发现通道，可通过三轻子末态和缺失能量信号实现可观测。