2017年夏までの成果:ヒッグス粒子発見から精密測定へ

LHCHiggs2017-A0v1, http://atlas.kek.jp/sub/poster/index.html (last update 2017.8.27 S. Tsuno)

質量の起源として存在が1960年代から予言されていたヒッグス粒子は、質量は予測が難しく、LHCでは100GeV-1,000GeVの範囲を広く探索してきた。そして質量 125 GeV 付近に新しい粒子を発見した！

質量測定

H→ ZZ

4つのミュー粒子を検出した事象(質量は125.1 GeV)

pT (muons)= 36.1, 47.5, 26.4, 71 .7GeV m12= 86.3 GeV, m34= 31.6 GeV, 15 reconstructed vertices

2012年7月４日 ヒッグス粒子と考えられる新粒子を発見

ヒッグス粒子の精密測定へLHC実験はヒッグス粒子発見だけでなくその精密測定も可能にする能力を持つ。これまでに取得したデータを精密に調べた結果、今までのところ、新粒子が標準理論ヒッグス粒子と矛盾していない。

H→ γγ H→ZZ→4 leptons ヒッグス粒子の質量は

124.98±0.28±0.21 GeV統計誤差 系統誤差

すでに0.3%の精度 !!

測定されたヒッグス粒子が標準理論のパラメーター内

にあることを示唆。

標準理論との比較

ヒッグス場は粒子に質量を与えることができる。これは、

湯川結合として説明される(南部陽一郎博士、2008年ノーベル物理学賞)。

湯川カップリングと粒子の質量の相関

追加データで統計精度が上がった。

Particle mass [GeV]

1−10 1 10 210

vVm

Vκ

or

vFm

Fκ

4−10

3−10

2−10

1−10

1

W

t

Z

b

µ

τ

ATLAS+CMS

SM Higgs boson

] fitε[M,

68% CL

95% CL

Run 1 LHC

CMS and ATLAS

Figure 19: Best fit values as a function of particle mass for the combination of ATLAS and CMS data in the case ofthe parameterisation described in the text, with parameters defined as ⇤F · mF/v for the fermions, and as

⇤⇤V · mV/v

for the weak vector bosons, where v = 246 GeV is the vacuum expectation value of the Higgs field. The dashed(blue) line indicates the predicted dependence on the particle mass in the case of the SM Higgs boson. The solid(red) line indicates the best fit result to the [M, ⇥] phenomenological model of Ref. [128] with the corresponding68% and 95% CL bands.

6.3.2. Probing the lepton and quark symmetry

The parameterisation for this test is very similar to that of Section 6.3.1, which probes the up- and down-type fermion symmetry. In this case, the free parameters are ⌅lq = ⇤l/⇤q, ⌅Vq = ⇤V/⇤q, and ⇤qq = ⇤q ·⇤q/⇤H ,where the latter term is positive definite, like ⇤uu. The quark couplings are mainly probed by the ggFprocess, the H ⇥ �� and H ⇥ bb decays, and to a lesser extent by the ttH process. The lepton couplingsare probed by the H ⇥ ⌃⌃ decays. The results are expected, however, to be insensitive to the relativesign of the couplings, because there is no sizeable lepton–quark interference in any of the relevant Higgsboson production processes and decay modes. Only the absolute value of the ⌅lq parameter is thereforeconsidered in the fit.

The results of the fit are reported in Table 19 and Fig. 22. The p-value of the compatibility betweenthe data and the SM predictions is 79%. The likelihood scan for the ⌅lq parameter is shown in Fig. 23for the combination of ATLAS and CMS. Negative values for the parameter ⌅Vq are excluded by morethan 4⇧.

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arXiv:1606.02266 (2016）

標準理論からの予想と一致。

H→ γγ

2013年ノーベル物理学賞ピーター・ヒッグス博士、フランソワ・アングレール博士

ヒッグス粒子の生成断面積を標準理論の予想

値と比較。

湯川カップリングの確認

ヒッグス粒子の崩壊過程、生成過程を別々に測定するこ

とによって、湯川結合を測定する。