A Standard modellen túli Higgs-bozonok keresése Elméleti fizikai iskola, Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. Horváth Dezső MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és ATOMKI, Debrecen Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29.. fólia p.
Vázlat A SM minimális kiterjesztése: 2HD-modellek. A MSSM Higgs-bozonjai. Semleges Higgs-bozonok keresése. Töltött Higgs-bozonok keresése. CMS: felfedezési kilátások Irodalom: Igó-Kemenes Péter: Searches for Higgs bosons, pp. 388-399 in Particle Data Group: Review of Particle Physics, J. Phys. G 33 (2006) -232 Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 2. fólia p.2
Higgs-bozonok a SM-en túl A Standard modell Higgs-mechanizmusa + komplex dublett φ + 4 szabadsági fok 3 tömeg (W ±, Z) + H V min : φ = v 246 GeV Higgs-vákuum várható értéke (VEV) A Standard modell legegyszerűbb kiterjesztése: Higgs-szektor bővítése két dublettre Modellek 2 Higgs-dublettel (2HDM) + 8 szab. fok 3 tömeg W ±, Z + 5 Higgs-bozon h 0, A 0, H 0, H ± h 0 SM H; igazán különbözik: H ± ( 0 v ) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 3. fólia p.3
2HDM: töltött Higgs-bozonok Kétféle SM-kiterjesztés 2HDM. típus: Higgs-tér csatolódik az összes fermionhoz, (a másik csak jelen van). Könnyű A esetén H ± AW dominál. 2HDM 2. típus: egyik Higgs-tér felső, másik alsó típusú fermionhoz csatolódik. H ± τ + ν τ, τ ν τ és H ± cs, sc dominál. Minden Higgs-bozon nehezebb részecskékre szeret bomlani Paraméterek: Higgs-tömegek és tan β = v /v 2 Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 4. fólia p.4
H ± keresése a LEP-nél Képződés párban: e + e { H + H Bomlás nehéz fermionokra: H + τ + ν τ qq ( cs) Három csatorna három analízis: τ + ν τ τ ν τ (leptonos : Manchester e + e H + H τ + ν τ cs + τ ν τ cs (vegyes : Hajdu Csaba cscs (hadronos : HD) Előzetes OPAL-összesítés (Pásztor Gabriella): M(H ± ) > 75.5 GeV (95%) e + e H + H AW készül (Peter Bock, Heidelberg) D. Horváth: Search for charged Higgs bosons with the OPAL detector at LEP, PANIC 02, Osaka, 2002; Nucl. Phys. A, 72 (2003) 453c-456c. Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 5. fólia p.5
e + e H + H qqτν OPAL Preliminary: H + H - qqτν, 89-209 GeV A LEP OPAL-kísérlete 998-2000 Likelihood-eloszlás és LH-vágás utáni tömegspektrum két Higgs-tömegre a vegyes csatornában Events / 0.05 Events / 0.05 0 3 0 2 0 0 3 0 2 Signal*00 M H ± = 60 GeV 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Likelihood Signal*00 M H ± = 75 GeV Events / 2 GeV Events / 2 GeV 40 35 30 25 20 5 0 5 0 70 60 50 40 OPAL data (66) 4-fermion 2-fermion M ± H = 60 GeV Signal SM bgr = 63. Signal = 59.8 60 80 00 Charged Higgs mass (GeV) Data = 35 SM bgr = 35.0 Signal = 23.6 M H ± = 75 GeV 0 30 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Likelihood 0 0 60 80 00 Charged Higgs mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 6. fólia p.6
e + e H + H qqqq OPAL Preliminary: H + H - qqqq, 89-209 GeV A LEP OPAL-kísérlete 998-2000 Likelihood-eloszlás és LH-vágás utáni tömegspektrum két Higgs-tömegre a hadronos csatornában Events / 0.05 Events / 0.05 0 3 0 2 0 0 2 0 Signal*00 M H ± = 60 GeV 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Likelihood Signal*00 M H ± = 75 GeV 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Likelihood Events / 2 GeV Events / 2 GeV 90 80 70 60 50 40 30 20 0 0 40 20 00 80 60 40 20 0 M H ± = 60 GeV OPAL data (595) 4-fermion 2-fermion Signal (60 GeV) SM bgr = 587.0 Signal = 24.6 60 80 00 Reconstructed mass (GeV) M H ± = 75 GeV Data = 00 SM bgr = 7.8 Signal = 62. 60 80 00 Reconstructed mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 7. fólia p.7
e + e H + H : a háttér A LEP OPAL-kísérlete 998-2000 Konfidencia-szint az adatok háttér-értelmezése esetén a háttér+jel szimuláció alapján várt értékekkel együtt a leptonos,a vegyes és a hadronos csatornában, valamint az összesítésre 50%-os elágazási arány esetén -CL b -CL b 0-0 -2 0-3 0-4 0-0 -2 0-3 0-4 τντν, Br(τν)=.0 Observed Exp. for s+b σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) qqqq, Br(τν)=0.0 Observed Exp. for s+b σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) -CL b -CL b 0-0 -2 0-3 0-4 0-0 -2 0-3 0-4 qqτν, Br(τν)=0.5 Observed Exp. for s+b σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) Combined, Br(τν)=0.5 Observed Exp. for s+b σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 8. fólia p.8
e + e H + H : jel + háttér A LEP OPAL-kísérlete 998-2000 Megfigyelt és számított konfidencia-szint CL S = CL S+B /CL B a leptonos, a vegyes és a hadronos csatornában, valamint az összesítésre 50%-os elágazási arány esetén CL s CL s 0-0 -2 0-3 0-4 0-5 0-0 -2 0-3 0-4 0-5 τντν, Br(τν)=.0 Observed Expected σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) qqqq, Br(τν)=0.0 Observed Expected σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) CL s CL s 0-0 -2 0-3 0-4 0-5 0-0 -2 0-3 0-4 0-5 qqτν, Br(τν)=0.5 Observed Expected σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) Combined, Br(τν)=0.5 Observed Expected σ band 2σ band 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 9. fólia p.9
e + e H + H : hatáskeresztmetszet A LEP OPAL-kísérlete σ 95 / σ 2HDM 0 Combined, Br(τν)=0.5 qqqq, Br(τν)=0.0 qqτν, Br(τν)=0.5 τντν, Br(τν)=.0 998-2000 A megfigyelt hatáskeresztmetszet felső korlátja (95% CL mellett) a 2HDM modell jóslatával osztva. 0-50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs boson mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 0. fólia p.0
e + e H + H : tömeghatár A LEP OPAL-kísérlete 998-2000 A keresési csatornákban kizárt régiók a tömeg elágazási arány síkon (95% CL mellett). A kombinált esetre a várt határ is szerepel. M(H ± ) > 75.5 GeV (95% C.L.) Br(τν) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 0 τντν qqτν qqqq Combined Expected 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 Charged Higgs mass (GeV) Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29.. fólia p.
Töltött Higgs-bozon: LEP és CDF M(H ± ) > 80 GeV; 0, 7 < tan β < 40 Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 2. fólia p.2
MSSM Higgs-bozonjai Három paraméter jellemzi: tan β = v /v 2 ; [v 2 + v2 2 = 2m2 Z g 2 +g 2 (74 GeV) 2 ] Egyik Higgs-bozon tömege, pl. m A α keveredési szög, h 0 -t és H 0 -t tömeg-sajátállapotba hozza (a semleges tömegmátrixot diagonalizálja) Fagráf-szinten: m h 0 < (m A, M Z ) < m H 0; M W < m H ± LEP-energiáknál Higgs-sugárzás és párképződés dominál: e + e Z 0 h 0 ; e + e A 0 h 0 σ MSSM (Z 0 h 0 ) = sin 2 (β α)σ SM (Z 0 H) σ MSSM (A 0 h 0 ) = λ cos 2 (β α)σ SM (Z 0 H) ahol a λ kinematikai tényező az energiától és a tömegektől függ. Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 3. fólia p.3
Kizárás az m max h 0 tan β síkon m h 0(tan β) = max Konzervatív limit! Fekete vonalak: m top = 69, 3; 74, 3; 79, 3 és 83, 0 GeV LEP-kizárás CL-je: sötét zöld: 99,7 % világos zöld: 95 % tan β... 5 m h 0 5 30 GeV tan β > 8 m h 0 90 30 GeV Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 4. fólia p.4
Kizárás a m A 0 tan β síkon No mixing: t és t 2 nem keveredik Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 5. fólia p.5
HC: Semleges Higgs-bozonok képződése b + b h/a/h b + g b + h/a/h g + g bb + h/a/h Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 6. fólia p.6
HC: Semleges Higgs-bozonok képződése Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 7. fólia p.7
LHC: Töltött Higgs-bozonok képződése Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 8. fólia p.8
LHC: MSSM h és H bomlása Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 9. fólia p.9
LHC: A és H ± bomlása Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 20. fólia p.20
Ütközo nyaláb hozama: luminozitás L = f n NAN2 Gyorsító ütközési f : körfrekvencia; n: csomagok száma N, N2 részecske/csomag; A: Tevatron nyalábok átfedése LHC σ hkm-u reakció gyakorisága ǫ LHC hatásfoknál R = ǫσl LHC Integrális luminozitás: (fb ) Horváth Dezso : Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál R ido szak Ldt (fb ) energia 2 TeV 200-2006 2,5 4 TeV elso pár nap 0, 4 TeV elso pár hónap 4 TeV elso év (kis int.) 0 Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 2. fólia p.2
CMS: A/h felfedezési potenciálja h ττ eµ bbh; H µµ Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 22. fólia p.22
Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA T042864, T046095 és NK67974 EU FP6 MC-ToK 509252 és III 03688 Megértő együttműködő partnereink Horváth Dezső: Nem-SM Higgs-bozon az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007. okt. 29. 23. fólia p.23