10. Бозон Хиггса Стандартной моделиПоиск и открытие бозона Хиггса на БАК Открытие бозона Хиггса с характеристиками, соответствующими предсказаниям
Стандартной модели, осуществлено двумя экспериментами БАК: ATLAS и CMS в 2012 г. Об открытии
было объявлено на 36-й Международной конференции по физике высоких энергий ICHEP 2012, проходившей в
Мельбурне, Австралия, 4-11 июля 2012 г. Сообщение об этом открытие прошло по всем
новостным каналам мира. Действительно, поиск бозона Хиггса, или скалярного
бозона, ответственного за механизм спонтанного нарушения электрослабой симметрии
[1-6], в Стандартной модели [7-10], привлекает наибольшее
внимание в широком ряду исследований, выполняемых на БАК. С его открытием найден
недостающий кирпичик в здании Стандартной модели и выполнена задача,
поставленная проекту Большого адронного коллайдера и его основным детекторам.
Путь к открытию был долгим и факт самого открытия означал не конец, а начало
большой работы по проверке достоверности обнаруженного сигнала и выяснению его
природы, определению свойств новой частицы.
Поиск бозона Хиггса
основывается на сравнении результатов экспериментальных измерений с
теоретическими предсказаниями Стандартной модели. Такими предсказаниями являются
сечения рождения бозона Хиггса и вероятности различных каналов его распада.
Результаты теоретических расчетов этих параметров готовятся и обобщаются
рабочими группами БАК [12]. На рис.10.1 приведены расчетные величины
сечений рождения бозона Хиггса в зависимости от его массы в протонных
соударениях при 7 ТэВ для разных механизмов его образования.
Выбор канала для
проведения анализа определяется как значительной теоретической вероятностью его
наблюдения, так и экспериментальными возможностями детекторов в измерении
заданного канала, уровнем подавления и надежного моделирования фоновых каналов
реакций. Поиск ведется практически по всем возможным каналам распада. Наиболее
значимыми результатами являются измерения, в которых сечение наблюдаемых событий
становится сравнимым с теоретическими предсказаниями. В этих случаях можно
сделать заключение о наблюдении сигнала от бозона Хиггса или о его отсутствии.
Такими каналами оказались распады на два фотона Н → γγ и четыре заряженных лептона
Н→ℓℓℓℓ. Непосредственно на момент открытия поиск велся
по шести каналам распада. Объединенные результаты для этих каналов до открытия
новой частицы представлены ATLAS коллаборацией в [10]. В число этих
каналов входят следующие: H → γγ,
На рис.10.5 приведены значения уровня сигнала μi по отношению к ожидаемому для бозона Хиггса в Стандартной модели для различных каналов распада i (μi = σi/ σi,SM) [11]. Видно, что в пределах погрешностей наблюдается согласие расчетов в Стандартной модели и эксперимента для всех каналов наблюдения. Суммарное значение уровня сигнала составляет μ = 1.4 ± 0.3.
Суммарный результата наблюдения нового бозона в июле 2012 г. представлен на рис.10.6а,б. На рис.10.6а сплошной кривой приведено наблюдаемое распределение 95% CL (уровня достоверности) на величину сигнала в зависимости от массы частицы mH и пунктиром показано ожидаемое распределение в случае отсутствия сигнала (только флуктуации фона). На рис.10.6б сплошной кривой показано распределение локальной вероятности р0 для заданного значения массы mH новой частицы и пунктиром ее ожидаемое значение при условии рождения бозона Хиггса Стандартной модели с величиной уровня сигнала μ = 1. Видно расхождение ожидаемого и наблюдаемого распределений на рис.6а и их согласие на рис.10.6б. Напомним, что μ определяет количество событий сигнала по отношению к предсказанному в Стандартной модели для бозона Хиггса. Величина μ = 1 отвечает согласию с моделью, μ = 0 показывает отсутствие сигнала. Величина μ определяется методом максимума правдоподобия [13].
Рис.10.6. Объединенные результаты поиска новой частицы: а) наблюдаемый (сплошная линия) и ожидаемый (пунктир) 95% CL предел для массы mH при отсутствии сигнала новой частицы; б) значение локальной вероятности р0 как функции mH наблюдаемой (сплошная линия) и ожидаемой (пунктирная кривая) при наличии сигнала бозона Хиггса с μ = 1 при данной массе. Уровень исключения
гипотезы
CL основан на определении CLs [14]. Величина μ
рассматривается как исключенная на 95% CL, если CLs меньше 5%. Бозон Хиггса
Стандартной модели на рис.10.6а исключен на 95% уровне достоверности (CL) в случае, когда μ = 1
значение исключено при данной массе mH. Величина превышения
над фоном определяется локальной вероятностью р0 того, что
флуктуация фона может быть больше, чем наблюдаемый избыток событий.
Эквивалентное определение в терминах числа стандартных отклонений Zi является локальной
значимостью наблюдаемого сигнала. Из нанесенных на рис.10.6б пунктирных прямых
видно, что значимость сигнала в области 126.5 ГэВ приближается к 6σ (на опыте
5.9σ). Из данных следует, что существование бозона Хиггса исключено для областей
масс 111-122 ГэВ, 131-559 ГэВ на 95% уровне достоверности (CL).
Рис.10.7. Сигнал бозона Хиггса, полученный на интегральной светимости 25 фб-1, для каналов распада Н → γγ (а), H → ZZ(*) → 4ℓ (б), H → WW(*) → ℓνℓν в событиях с числом струй ≤ 1 (с). Суммарные значения уровня
сигнала от бозона Хиггса относительно предсказаний Стандартной модели приведены
на рис.10.8. Усредненная для всех каналов распада эта величина составляет
Свойства бозона Хиггса
|
ggF | VBF |
|
ZH | ttH | Полное сеч. |
19.52 | 1.58 | 0.70 | 0.39 | 0.13 | 22.32 |
Таблица. Сечения различных механизмов рождения бозона Хиггса при 8 ТэВ.
Измерения констант связи бозона Хиггса является важнейшей задачей на ближайшие годы и, возможно, потребует создания новых коллайдеров, например, для измерения константы самодействия бозона Хиггса. Речь идет именно о тех константах, которые строго заданы в Стандартной модели и обеспечивают нарушение симметрии, обеспечивая разные массы фундаментальных частиц. На каждом шаге исследований необходимо извлечь максимальную информацию из имеющихся данных с тем, чтобы ставить следующие задачи с большей определенностью. Для данных первого сеанса работы БАК для извлечения информации о константах связи бозона Хиггса была предложена процедура с использованием древесных диаграмм лидирующего порядка [16]. Она основана на следующих предположениях:
Масштабные факторы kj определяются так, что сечения σ j и парциальные ширины Гj , относящиемя к частице j, масштабируются с предсказаниями СМ через kj2. На этих условиях, с учетом того, что kН2 является масштабным фактором для полной ширины бозона Хиггса ГН , сечение процесса gg → H → γγ может быть записано как:
В процессе фита вместо kγ и kg для учета петлевых поправок вводились более фундаментальные масштабные факторы kW, kZ, kt, kb и kτ (показаны только для доминирующих фермионных вкладов для простоты). Соответствующие выражение приведены в [15]. Результаты получены с помощью фита функцией максимума правдоподобия Λ(k) с использованием ряда упрощающих предположений в нескольких вариантах. Например, использовалась единая константа связи для фермионов kF и для бозонов kV. Границы 68% уровня достоверности для этих констант найдены следующими:
kF = [ 0.76, 1.18]; kV = [1.05, 1.22].
Здесь предполагалось, что
отсутствует вклад от какой-либо новой частицы в ширину бозона Хиггса. Без этого
допущения только отношение констант λFV = kF/kV может быть определено.
Такой анализ дает информацию о соотношениях между юкавской и калибровочной
константами. Его результаты для 68% уровня достоверности получены такими
λFV = [ 0.70, 1.01]; kVV = [1.13, 1.45].
Согласие с предсказаниями СМ для двухмерного
сравнения (по парам параметров) дает согласие с предсказаниями СМ на уровне 12%.
Эти результаты исключают также нулевую константу связи бозона Хиггса с
фермионами на уровне более 5σ.
В Стандартной модели полагается, что константы связи бозона Хиггса с W
и Z одинаковы. Это условие может быть проверено с
помощью измерения величины λWZ = kW/kZ. В простейшей модели эта
величина найдена равной λWZ = 0.81+0.16-0.15.
Другой вариант анализа, допускающий вклад новой частицы (BSM, физика вне СМ) в канал
распада бозона Хиггса на два фотона, дает значение равным λWZ = 0.82 ± 0.15. Эти
значения обеспечивают согласие со Стандартной моделью на уровне 20%.
Рис.10.14. Масштабные факторы для вкада новой физики в петлевые процессы: kg = 1.04 ± 0.14 и kγ = 1.20 ± 0.15 в сравнении с предсказаниями Стандартной модели. |
Многие сценарии BSM предсказывают новые
частицы, которые могут давать вклад в процессы, описываемые петлевыми
диаграммами, такими, как gg → H рождение или распад H → γγ. Для учета возможного
вклада таких петлевых диаграмм были введены масштабные факторы kg и kγ. Другие константы
(ширина бозона Хиггса и константы связи с известными частицами) полагались
равными СМ. Наилучшие значения фита данных дали следующие величины выбранных
масштабных факторов для вклада новой физики в петлевые процессы: kg = 1.04 ± 0.14 и
kγ = 1.20 ± 0.15. Согласие
с СМ наблюдается на уровне 14%. Этот результат иллюстрирует рис.10.14.
Сводка всех масштабных факторов для констант связи бозона Хиггса приведена на
рис.10.15.
Рис.10.15.Сводка всех измеренных масштабных факторов на
данных первого сеанса БАК для констант связи бозона Хиггса Стандартной модели.
Итоговые результаты
измерения масштабных коэффициентов для констант связи бозона Хиггса. Измерения,
выполненные в различных предположениях, коррелированы между собой в значительной
степени и получены на одних и тех же данных. Простой χ2- тест для их сопоставления не может быть применен. Однако, можно утверждать,
что константа связи с калибровочными бозонами kγ ограничена на уровне 10%
и наблюдается ненулевая константа связи с фермионами на уровне более 5σ.
Отношение констант связи с Wи Z бозонами сопоставимо с 1 в согласии с ожиданиями
СМ. В целом все измерения находятся в согласии со Стандартной моделью.
Вопрос о константе связи
бозона Хиггса с фермионами непосредственно решается при наблюдении распада
на два тау-лептона Н → ττ. При массе бозона Хиггса 125 ГэВ парциальная ширина
этого распада составляет 6.3%. Наблюдение такого распада дает прямое измерение
константы связи с фермионом, служит важной проверкой Стандартной модели и
свидетельствует в пользу утверждения, что фермионы получают свою массу через
механизм Хиггса. Измерения распада Н → ττ выполнены на интегральной
светимости 20.3 фб-1, собранной для протонных взаимодействий при 8 ТэВ [17].
Сигнал этого распада был обнаружен на уровне 4.1 стандартных отклонения при
ожидаемом 3.2σ. Относительная величина сигнала по отношению к предсказанию СМ
составила
μ = 1.4 +0.5-0.4, что согласуется с СМ.
Рис.10.16. Величина сигнала бозона Хиггса для распада Н → ττ в его значениях μggF+ttH∙В/ ВSM и μVBF+VH ∙В/ ВSM (см. описание в тексте). |
Графическое представление
результата приведено на рис.10.16. Контуры сплошной линии соответствуют 68% CL,
пунктирной - 95% CL области результата для массы mH = 125 ГэВ. Точки
представляют значения на плоскости
(μggF+ttH∙В/ ВSM, μVBF+VH ∙В/ ВSM), т.е. по осям показана
величина сигнала для механизмов рождения бозона Хиггса через взаимодействия
глюонов и векторных бозонов. Самая верхняя точка отвечает экспериментальному
результату, прямым крестом темным показано предсказание СМ, а светлый крест
соответствует варианту отсутствия сигнала от распада бозона Хиггса.
В Стандартной модели
бозон Хиггса имеет спин 0 и является СР-четной частицей (JP = 0+).
Теорема Ландау-Янга [18,19] запрещает прямой распад частицы со спином 1,
находящейся на массовой поверхности, на пару фотонов. Поэтому гипотезу со спином
1 в значительной степени отвергает существование распада Н → γγ. Коллаборация
CMS опубликовала результат о
предпочтении гипотезы СМ-скаляра гипотезе псевдоскаляра на уровне достоверности,
превышающем 95% [20].
В эксперименте ATLAS проведено сравнение
гипотезы
JP = 0+ с
несколькими альтернативными гипотезами JP = 0-, 1+,
1-, 2+ [21]. Измерения проведены для трех каналов
распада бозона Хиггса
Н → γγ, Н → ZZ(*) → 4ℓ и Н → WW(*) → ℓνℓν, где
ℓ обозначает мюон или
электрон. Для повышения чувствительности для отдельных JP гипотез эти каналы
объединялись. Для проверки гипотезы 0- использовался только Н → ZZ(*) канал распада, для
проверки гипотез 1+ и 1- использовались каналы Н → ZZ(*) и Н → WW(*). Для анализа гипотезы 2+
использовались все три канала распада.
Были использованы данные
рр соударений при 8 ТэВ с интегральной светимостью 20.7 фб-1.
Для распада Н → ZZ(*) использовались также 4.6 фб-1 данных, собранных
при энергии 7 ТэВ.
В то время, как для
бозона Хиггса Стандартной модели структура лагранжиана и константы связи
полностью зафиксированы, альтернативные гипотезы могут соответствовать широкому
спектру моделей с разной структурой и эффективными константами связи. В
литературе существует несколько подходов для описания свойств таких моделей. В
работе [21] использован подход, представленный в [22]. Этот подход
использует наиболее общее представление амплитуд, совместимое с
Лоренц-инвариантностью, обеспечивает сохранение импульса, Бозе симметрию и не
нарушает калибровочную симметрию групп SU(3)×SU(2)×U(1). Измерения массы бозона
Хиггса на основе анализа спектров инвариантных масс распадов Н → γγ и Н → ZZ(*) → 4ℓ, аналогичных выполненным
в [15], проведены и в данной работе [21]. На основе измерений [15]
сделано предположение о том, что все распады относятся к одной частице с массой
125.5 ГэВ. Это условие использовано при анализе, моделировании фона и
определении систематических неопределенностей. В работе [21] рассматривались
только аспекты, связанные с анализом спина и четности.
Выбор констант связи с
фермионами и бозонами для анализа значений спина и четности определялся
особенностями моделей. Суть этих особенностей может быть сформулирована
следующим образом. Процесс аннигиляции кварка и антикварка (q) не учитывался для
случая JP = 0-,
поскольку его вклад пренебрежим по сравнения с вкладом процесса слияния глюонов
(gg). Для случаев JP = 1+ и 1-
наоборот, рассматривался только вклад процесса аннигиляции кварков qq, поскольку теорема
Ландау-Янга запрещает рождение частицы со спином 1 через слияние двух глюонов на
массовой поверхности. Учитывая большое число существующий моделей,
предсказывающих спин 2, был сделан выбор в пользу одной, обозначенной как 2m+ , отвечающей graviton-inspired тензору с минимальной
константой связи с частицами СМ. В системе покоя 2m+ бозона его состояния
поляризации проектируются ось соударения партонов и могут принимать только
значения ±2 для процесса слияния глюонов и ±1 для qqаннигиляции. Для модели
со спином 2 только эти два механизма рождения бозона Хиггса рассматривались. В
рождение бозона 2m+ основной вклад вносит процесс слияния глюонов с
дополнительным вкладом в лидирующем порядке квантовой хромодинамики (КХД) 4% от
механизма
q аннигиляции. Этот вклад
может быть существенно изменен за счет поправок КХД более высокого порядка.
Поскольку наблюдаемые чувствительны к состояниям поляризации, анализ выполнялся
для нескольких комбинаций механизмов рождения в нормировкой событий, сгенеренных
для двух механизмов рождения, чтобы получить набор событий, отвечающий вкладу ƒqq процесса
q аннигиляции от 0% до
100% с шагом 25%. Эта модель обозначена как соответствующая состоянию JP = 2+.
В канале Н→γγ к спину
чувствительно распределение полярного угла фотонов в системе покоя резонанса.
Для этого канала проводилось сравнение СМ гипотезы только с гипотезой JP = 2+.
Информация о спине извлекается из распределения по косинусу полярного угла θ*
фотонов относительно оси z системы Коллинза – Сопера (Collins-Soper). События этого распада
имеют большой фон. Так, отобранные в области сигнала 14977 событий содержат
14300 событий фона и около 370 событий распада бозона Хиггса СМ. На рис. 10.17
показано распределение по Ιcosθ*Ι для событий в
сигнальной области с массой mγγ в интервале 122-130 ГэВ
совместно с компонентами модельного фона и сигнала с гипотезой JP = 0+.
Видно хорошее согласие данных и фита. Определенный при этом фон был вычтен из
экспериментального распределения и распределение оставшихся событий сравнивалось
с предсказаниями для гипотез JP= 0+ и 2+.
Эти сравнения показаны на рис.10.18.
Рис.10.17. Распределение
фотонов по Ιcosθ*Ι
для событий в сигнальной области бозона Хиггса с массой mγγ в интервале 122-130 ГэВ
совместно с компонентами модельного фона и сигнала с гипотезой JP = 0+
для распада Н → γγ.
Рис.10.18. Распределение
фотонов по Ιcosθ*Ι
для событий в сигнальной области бозона Хиггса с массой mγγ в интервале 122-130 ГэВ
после вычета фона в сравнении с гипотезой JP = 0+
(слева) и 2+ (справа) для распада Н → γγ.
Экспериментальные точки на рис.10.17 слабо отличают две гипотезы, возможно
вследствие систематических погрешностей, возникающих при вычитании фона.
Для распада Н → ZZ(*) → 4ℓ, где параметры конечного
состояния полностью определены, в анализе спина могут быть использованы
несколько наблюдаемых. Это массы реконструированных Z бозонов и пять углов их
рождения и распада. Для их совместного анализа используется многопеременный
метод деревьев решений BDT. Специальные дискриминанты используются для
отделения гипотезы СМ JP= 0+ и гипотез JP = 0-, 1+,
1-, 2+ . В случае гипотезы 2+ анализ ведется в
зависимости от вклада ƒqq механизма q аннигиляции. В
дополнение к
BDT методу использован также
подход, основанный на дифференциальных распределениях распадов по углам и массам
Z бозонов. На их основе
формируется дискриминант матричного элемента. Результаты этого метода
согласуются с результатами BDT анализа. Для распада Н → WW(*) → ℓνℓν использовались события с
разными типами лептонов (один электрон и один мюон). Анализировались угловые и
импульсные распределения лептонов, а также спектры недостающей поперечной
энергии. Наиболее чувствительными переменными являются инвариантные массы двух
лептонов и разность их азимутальных углов.
Рис.10.19. Распределение тестовых статистик q для сигналов с JP = 0+ и 0- и экспериментальное значение, показанное вертикальной линией. |
В результате статистического анализе определялось значение интегральной
вероятности р0 гипотезы для определения степени ее
соответствия выбранной модели. Уровень достоверности, соответствующий отклонению
гипотезы, определялся методом CLs. Распределения тестовых
статистик
q из данных канала Н → ZZ(*) для гипотез JP = 0+
и
0-
приведены на рис.10.19. Экспериментальные данные согласуются с гипотезой
JP = 0+
СМ. Гипотеза гипотез JP = 0- отвергнута на уровне 97.8% CL.
Гипотеза JP = 0+ по
отношению к гипотезе JP= 1+ исключена по данным
каналов Н→ZZ(*) и Н→WW(*) каждому на уровне 99.8% CL и 92% CL, соответственно, и для
суммы этих каналов на уровне 99.97% CL.
Аналогичный результат получен из этих двух каналов для сравнения гипотез JP = 0+
и
гипотезы
JP = 1-. Последняя исключена на уровне 94% CL для канала
Н → ZZ(*) и 98% CL для канала Н → WW(*). Уровень исключения для
комбинации каналов составляет 99.7% CL.
Сравнение гипотез JP = 0+
и JP = 2+ также
дает выбор в пользу СМ. На рис.10.19 слева приведено сравнение ожидаемых и
наблюдаемых значений CLs для отбраковки гипотезы
JP = 2+ по
сравнению с СМ в зависимости от вклада ƒqq механизма q аннигиляции. Гипотеза JP = 2+
отвергается на уровне свыше 99.9% CL.
Суммарные результаты для наблюдаемых и ожидаемых значений CLs для отбраковки различных гипотез спина и четности приведены на рис.10.20 справа. Для гипотезы со спином 2 приведено значение в модели JP =2m+ . На рисунке приведены также области 68% CLs для альтернативных гипотез (JPalt). Все эти результаты показывают подавляющее предпочтение данными гипотезы JP = 0+, соответствующей предсказаниям Стандартной модели.
Рис.10.20. Слева - Сравнение ожидаемых и
наблюдаемых значений CLsдля отбраковки гипотезы
JP= 2+
по
сравнению с гипотезой JP= 0+ СМ в зависимости
от вклада ƒqq механизма q аннигиляции. Вклад
канала Н → γγ доминирует при ƒqq = 0%, канала Н → WW(*) при
ƒqq = 100%. Справа – Уровень
отбраковки
CLs альтернативных гипотез
спина и четности по отношению к гипотезе JP = 0+ .
Прямые измерения дифференциальных сечений бозона Хиггса позволяют больше узнать
о динамике его рождения и распада. Они выполнены на полном объеме данных,
зарегистрированных в 2012 г. при энергии 8 Тэв, соответствующих интегральной
светимости 20.3 фб-1, для канала распада бозона Хиггса на два фотона
[23]. Измерения выполнены для восьми переменных: рТγγ,
быстрота ΙyγγΙ, Ιcos θ*Ι в системе Коллинза
– Сопера, множественность струй Njets в событиях с распадом
Н → γγ, σNjets=i/σNjets≥i, поперечных импульс
лидирующей струи, азимутальный угол между лидирующей и следующей по рТ
струей φjj, поперечная компонента суммарного импульса системы из бозона
Хиггса и двух лидирующих струй. Для каждой из переменных проводилось разделение
событий по бинам, в каждом из бинов определялось количество сигнальных и фоновых
событий, вводились поправки на аксептанс и эффективности регистрации фотонов.
Инклюзивные характеристики бозона Хиггса определяются доминирующим механизмом
рождения слияния глюонов, в котором поперечный импульс рТ рожденного
бозона компенсируется большим количеством мягких глюонов. Прямое измерения рТγγ
позволяет проверить пертурбативные расчеты КХД для этого процесса. Распределение
по быстроте чувствительно к радиационным поправкам КХД и структурной функции
сталкивающихся протонов. Угол спиральности θ* между осью пучка
и фотоном в системе Коллинза – Сопера бозона Хиггса используется для анализа
спина бозона. Множественность струй Njets определяет относительный
вклад механизмов рождения бозона Хиггса. В инклюзивных событиях и событиях с Njets = 0 доминирует механизм
слияния глюонов, тогда как слияние векторных бозонов VBF и ассоциированное
рождение с векторными бозонами (WH/ZH) характерно для событий
с 1 или 2-мя струями. Малый вклад процесса ассоциированного рождения с парой tt кварков (ttH) становится заметным для
событий с числом струй Njets≥3. Отношения σNjets=i/σNjets≥i
чувствительны к
константе сильных взаимодействий αs , теоретическому
описанию излучения кварков и глюонов и относительному вкладу различных
механизмов рождения бозона Хиггса. Характеристики пар струй позволяют разделить
механизмы рождения через слияние глюонов и векторных бозонов. Для механизма VBF система бозона Хиггса и
двух струй хорошо скомпенсирована по поперечному импульсу, поскольку здесь
подавлено дополнительное излучение. Это приводит к малым значениям рТ
для этой системы, тогда как для механизма слияния глюонов такого подавления нет
и такие рТ больше.
На рис.10.21 и 10.22 приведены часть из
измеренных дифференциальных сечений бозона Хиггса с использованием канала
распада Н → γγ в сравнении с теоретическими расчетами.
Рис.10.21. Дифференциальные сечения бозона Хиггса
по рТ (слева) и быстроте ΙyγγΙ (справа) с
использованием канала распада Н → γγ в сравнении с теоретическими расчетами.
Рис.10.22. Дифференциальные сечения бозона Хиггса
по
Njets (слева) и суммарному рТ
бозона Хиггса и двух лидирующий струй (рТНjj, справа) с
использованием канала распада Н → γγ в сравнении с теоретическими расчетами.
В таблице 1 ниже приведены расчетные проценты событий от разных механизмах генерации бозона Хиггса при энергии рр соударений 8 ТэВ для массы бозона Хиггса mH = 125ГэВ совместно с количеством событий, выделенных в канале Н → γγ при массе mH = 126.8 ГэВ.
|
Моделированный и отобранный сигнал [%] при 8 ТэВ и mH = 125ГэВ | ||||
|
ggH | VBF | WH | ZH | ttH |
|
87.8 |
|
2.8 | 1.6 | 0.5 |
Таблица 1. Количество выделенных событий распада бозона Хиггса и относительные вклады различных механизмов рождения бозона Хиггса при энергии соударений протонов 8 ТэВ и массе бозона Хиггса 125 ГэВ.
При учете экспериментальных и теоретических неопределенностей можно заключить, что не наблюдается значительных отклонений от предсказаний Стандартной модели. Очевидно, что необходимы новые данные, которые предполагается получить в следующих сеансах работы БАК. Тем не менее, уже эти результаты используются для оценки параметров детекторов на будущих коллайдерах с энергией протонных соударений ~100 ТэВ.
Поиск бозона Хиггса с большой массой
Изучение свойств открытого бозона не останавливает поиска бозона Хиггса с
большой массой до тех пор, пока не будет полной идентификации открытого бозона с
бозоном Хиггса Стандартной модели. На интегральной светимости 20.7 фб-1
рр соударений при 8 ТэВ проведен поиск такого бозона в канале распада Н → WW(*) → ℓνℓν в области масс от 260
ГэВ до 1 ТэВ [24]. Использовались только конечные состояния
еνμν, включая лептонный распад тау. Анализ проводился для событий с
Njets = 0, 1 и ≥ 2. Были
сделаны два разных предположения о ширине бозона Хиггса или скалярного
резонанса. В дополнение к СМ, предполагался распад с узкой шириной состояния.
В результате анализа для бозона Хиггса большой массы с предполагаемым в СМ
отсутствием ширины, рождаемого через механизм слияния глюонов, установлены
верхние границы на 95% CL на величины
сечения, умноженных на парциальную ширину, 250 фб, 34 фб и 19 фб для значений
масс 300, 600 и 1000 ГэВ, соответственно.
Существование бозона Хиггса с предполагаемыми в СМ сечениями рождения и
константами связи исключено на 95% CL для области масс
от 260 до 642 ГэВ.
Для бозона Хиггса большой массы, с предполагаемым в СМ отсутствием ширины,
рождаемого через механизм слияния глюонов и имеющего узкую ширину, верхние
границы на 95% CL на величины
сечения, умноженных на парциальную ширину, установлены на уровне 230 фб, 32 фб и
29 фб для значений масс 300, 600 и 1000 ГэВ, соответственно.
Был проведен и поиск заряженного бозона Хиггса (H+ и H-) в канале распада на τ +
струя на полной статистике 19.5 фб-1 событий при 8 ТэВ [25].
Существование таких бозонов предсказывается в нескольких сценариях , имеющих
триплет бозонов Хиггса или два дублета. Открытие такого бозона напрямую
указывало бы на физику за пределами Стандартной модели. Поиск проводился для
области малых масс (mH+ < mtop) в канале рождения tt → H+bWb. Для области больших
масс доминирует канал ассоциированного рождения tH+. Свидетельств
существования зараженного бозона Хиггса не найдено.
Для легкого H+ (и H-) с массой от 90 до
160 ГэВ установлен верхний предел на парциальную ширину распада 0.24 - 2.1% на
95% CL. Для тяжелого бозона
Хиггса с массой от 180 до 600 ГэВ установлен верхний предел на сечение рождения
0.017 – 0.9 пб на 95% CL. Обе оценки получены в предположении, что
парциальная ширина В(H+→τν) = 1.
Литература к разделу 10