Study on the Higgs-field structure and New-Physics Searches in Higgs-pair production processes using novel trigger

使用新型触发器研究希格斯场结构和希格斯对产生过程中的新物理搜索

基本信息

批准号：
21K03598
负责人：
中浜優
金额：
$ 2.66万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、ヒッグス粒子対生成 (hh) 事象をプローブとして、(1) ヒッグス自己結合定数などの多様な測定を世界に先駆けて行い、素粒子標準理論の脆弱部分であるヒッグス場構造の全貌を解明し、さらにその背後にある新物理を探索すること、および、(2) ヒッグス対生成事象取得専用の大量データ取得法の開発も行い、将来実験に展開することである。(1) 物理解析の研究では、昨年度までに開発した、ヒッグス粒子の自己結合測定の方法論確立、および、それに用いるヒッグス対生成過程の早期発見に向けた解析手法改善を完成させた。それらの手法を、LHC-ATLAS実験第2運転期間の高統計データ (重心系エネルギー13 TeV 陽子陽子衝突139 fb-1) に適用し、崩壊分岐比が最大の4bジェット終状態に着目して、ヒッグス粒子対生成非共鳴状態を探索した。データに兆候は見られなかったが、ヒッグス場形状に対応するヒッグス粒子自己結合の直接制限、および、ヒッグス有効場理論を用いた新物理効果の解釈を行った (Physics Review Dに投稿済)。次に、他の終状態およびヒッグス粒子単独生成過程の物理解析を統計的に統合することで、自己結合定数を世界最高精度で抽出した(-0.4<k<6.3 @95%CL。Physics Letters Bに受理済)。さらに、早期発見を実現するために、今年度からは、hh->bbbbと相補的で、かつ、発見感度が一番高い終状態 (hh->bbττ) の物理解析も開始した。(2) トリガーの研究では、昨年度までに開発した新型トリガー"非対称閾値型複数bジェットトリガー"を、2022年のデータ取得から運用開始した。このhh->bbbb事象の専用トリガーにより、事象収集効率を40％も向上させることに成功し、残りの運転期間も運用を継続する。さらに、この独自技術を応用して、hh->bbττ事象の専用トリガーも開発し、2023年から運用開始した。

本研究的目的是以希格斯对产生（hh）事件为探针，（1）进行希格斯自耦合常数等各种测量，并研究希格斯场的结构，这是希格斯场的薄弱部分。基本粒子的标准模型；目的是阐明整个图景并探索其背后的新物理学，以及（2）开发一种专门用于获取希格斯对产生事件的大量数据的方法，并将其部署在未来的实验。（1）在物理分析研究方面，我们完成了去年开发的希格斯粒子自耦合测量方法的建立，以及对其分析方法的改进，以便早期发现希格斯粒子对生成过程。我们将这些方法应用于LHC-ATLAS实验第二运行期的高度统计数据（质心系统能量13 TeV，质子质子碰撞139 fb-1），并重点关注具有最大衰变分岔比的4b射流最终状态我们寻找希格斯玻色子对的产生非共振态。虽然数据中没有发现任何迹象，但我们直接限制了希格斯场形状对应的希格斯粒子自耦合，并利用希格斯有效场理论解释了新的物理效应（提交给Physics Review D）。接下来，通过统计整合其他最终状态的物理分析和单独的希格斯粒子产生过程，我们提取了世界上最高精度的自耦合常数（-0.4<k<6.3 @95%CL。Physics Letters B（已接受）。此外，为了实现早期检测，从本财年开始我们开始对最终状态（hh->bbττ）进行物理分析，它与hh->bbbb互补，具有最高的检测灵敏度。（2）在触发研究方面，我们已开始使用去年开发的新触发“非对称阈值型多B喷射触发”，并于2022年采集数据。这个hh->bbbb事件的专用触发器成功地将事件收集效率提高了40%，并将在剩余的运行期间继续运行。此外，通过应用这种独特的技术，我们为 hh->bbττ 事件开发了一个特殊的触发器，该触发器将于 2023 年开始运行。