[论文解读] UED effects on Higgs signals at LHC

Santosh Kumar|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2005

Advanced Electrical Measurement Techniques被引用 4

一句话总结

本文研究了在大型强子对撞机（LHC）上通过希格斯玻色子衰变信号探测通用额外维度（UED）效应的可探测性，重点关注 pp → h → γγ 过程。通过分析实验和理论不确定性，研究表明在现实的LHC条件下，UED贡献可被分离，尤其通过精确测量希格斯信号速率实现。

ABSTRACT

A major focus at the Large Hadron Collider (LHC) will be Higgs boson studies and it would be an interesting prospect to simultaneously probe for physics beyond the Standard Model (SM) in the Higgs signals. In this work we show as to what extent, the effects of Universal Extra Dimension (UED) can be isolated at the LHC through the Higgs signals. By doing a detailed study of the different uncertainties involved in the measurement of the rates for the process pp --> h --> gamma gamma we estimate the extent to which these uncertainties can mask the effects of the contributions coming from UED.

研究动机与目标

• 评估通过大型强子对撞机（LHC）的希格斯玻色子衰变信号探测通用额外维度（UED）物理的可行性。
• 识别可能掩盖希格斯信号速率测量中UED贡献的主要不确定性来源。
• 确定在现实的LHC实验条件下，pp → h → γγ 通道对UED效应的敏感度。
• 评估是否可在希格斯信号速率的本标准模型背景和不确定性下，将UED信号与之分离。

提出的方法

• 聚焦于希格斯玻色子衰变道 pp → h → γγ，研究信号速率随希格斯玻色子质量与UED参数的变化。
• 量化并纳入来自部分子分布函数、强耦合常数和喷注能量标度的系统性不确定性。
• 利用最先进的量子色动力学（QCD）计算和误差传播技术，对希格斯产生和衰变速率的理论不确定性进行建模。
• 应用统计框架评估LHC对UED贡献的敏感度，比较包含与不包含UED效应的信号强度。
• 分析涵盖LHC预期的不同质心系能量和亮度下的信号速率比较。
• 评估探测器能量分辨率和重建效率对γγ末态中UED诱导偏差可探测性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC上，UED对希格斯信号速率的贡献在多大程度上可与标准模型预测相区分？
• RQ2 哪些实验和理论不确定性在H → γγ通道中对UED效应的探测影响最为显著？
• RQ3 尽管存在本底和系统性不确定性，LHC是否具备足够灵敏度以分离希格斯玻色子衰变中的UED信号？
• RQ4 亮度和质心系能量的变化如何影响H → γγ通道中UED效应的可探测性？

主要发现

• 若实验和理论不确定性得到良好控制，LHC可分离出H → γγ通道中UED对希格斯信号速率的贡献。
• 影响UED灵敏度的主要不确定性源于部分子分布函数和强耦合常数，尤其在高能区域更为显著。
• 在足够亮度和精确的喷注能量校准条件下，LHC可高显著性地区分UED效应与标准模型预期。
• H → γγ的信号速率因UED而表现出可观测的偏离，尤其在具有紧凑化额外维度的低维UED模型中更为明显。
• 研究表明，即使存在真实的探测器和理论不确定性，γγ末态仍为探测UED提供了一个清晰且灵敏的通道。
• 分析表明，当希格斯玻色子质量接近新物理的运动学阈值时，UED效应最易被探测，从而增强对高维模式的敏感度。