针对环形正负电子对撞机上希格斯玻色子衰变为正反底夸克对的蒙特卡洛模拟研究

Study on the Higgs boson decay properties is one hot topic in current high energy physics. Among which the particularly important is the Higgs decaying to a pair of bottom and anti-bottom quarks (H→bb), as it is the primary decay channel (58%) of the Higgs boson with mass of 125 GeV. It will be the first direct test of whether there’s enough deviation from the Standard Mode expectation, when the Higgs boson interacts with the quark, any deviation would resulting in more than one single Higgs boson. After the LHC's announcement of the new particle, high energy physicists around the world proposed next colliders, among which Chinese physicists proposed the Circular Electron-Positron Collider(CEPC). Since CEPC is an electroweak lepton machine, it's free of QCD background, cleaner, and smaller theoretical uncertainties than the hardon ones, besides its initial state can be precisely controlled. Considering the current LHC data couldn't give enough statistical significance for evidence of the H→bb decay, this study is going to investigate the H→bb decay based on CEPC. To be specified, we'll optimize the b-tagging, multivariate analysis and other data analysis algorithms, to increase the H→bb significance hopefully.

Higgs玻色子衰变特征是当前高能粒子物理领域的一个重要研究方向，其中Higgs玻色子衰变为正反底夸克对(H→bb)的研究尤为重要，因为它是质量为125 GeV的Higgs玻色子的主要衰变道(58%)。它是检验Higgs场与夸克耦合是否符合标准模型预言的直接实验途径，更是判断单一Higgs场提供所有基本粒子质量来源的重要辨别标准，并有可能导致新的Higgs场的发现。在欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)宣布发现新粒子后，全世界高能物理学家提出了若干未来对撞机方案以精确测量该粒子性质。中国科学家提出的环形正负电子对撞机(CEPC)方案为电弱反应的轻子对撞机，比强子对撞机产生事件更纯净，且初态更可控。由于LHC上已有的实验数据仍不足以给出发现H→bb衰变道存在的统计结果，本项目拟针对CEPC研究H→bb衰变性质，通过优化底夸克甄别，多变量分析等数据分析方法，最终提升H→bb衰变道探测能力。

Higgs玻色子衰变特征是当前高能粒子物理领域的一个重要研究方向，其中Higgs玻色子衰变为正反底夸克对(H→bb)的研究尤为重要，因为它是质量为125 GeV的Higgs玻色子的主要衰变道(58%)。本项目利用蒙特卡罗发生器PYTHIA 8.219在√s=250 GeV下产生的e+e−碰撞事件，用HBT相关方法仔细研究了Higgs玻色子衰变为强子喷注的时空结构。希格斯玻色子半径和衰变寿命的测量是由末态π介子的HBT关联得到的，其上限为RH≤1.03±0.05fm，τH≤（1.29±0.15）×10−7fs。这一结果与CMS数据一致。进一步地，本项目还着眼于超标准模型Higgs玻色子性质的研究，即在标准模型的基础上额外引入电弱三重态和超对称而构造出一个超对称Georgi-Machacek（SGM）模型，试图以此来从理论上来解释自然性问题和暗物质问题。并通过引入右手征性中微子，通过电弱三重态而实现第二类跷跷板机制（Type II Seesaw Mechanism）来解释中微子质量问题。SGM模型预言了双电荷的新Higgs粒子(H++)，在未来高能对撞机上寻找该信号将会是SGM模型的有力探针。