大型强子对撞机ATLAS实验上超出标准模型2HDM重希格斯粒子的寻找

Since the discovery of the Standard Model Higgs and the determination of its properties, the search for evidence of extended electroweak symmetry breaking has entered a new phase. Searching for a Beyond-Standard-Model Higgs becomes a new promising field. This work will search for a heavy Higgs in 2-Higgs-Doublet Model (2HDM) with the ATLAS detector at the LHC and focus on a CP-even heavy Higgs decaying into two light Higgs bosons (the SM Higgs found in 2012) i.e. H->hh, where, according to the decay modes of the Standard Model Higgs, one of the Higgs will decay into bbγγ with two jets and two photons, the other one will decay into bbbb with four b-jets in the final states. This research takes the advantage of the large branching ratio of h->bb and the high mass resolution h->γγ. By combining the results from these two searches, this analysis will provide the measurement of the cross section or the upper limit of it and will further constrain the phase space of tanβ- cos(β-α) in 2HDM, which is going to provide important reference for the future studies on the electroweak symmetry breaking mechanism in experimental particle physics.

随着标准模型希格斯粒子的发现及其性质的确定，寻找电弱对称破缺机制在实验上的证据进入了一个新的阶段，寻找超出标准模型希格斯粒子逐渐成为当前研究热点。该研究工作将在ATLAS探测器上搜寻2-Higgs-Doublet Model（2HDM）模型中的重希格斯粒子，主要观测CP-even的重希格斯粒子衰变到两个轻希格斯粒子（即实验上已经观测到的标准模型希格斯粒子）的过程H->hh，而根据标准模型希格斯粒子的衰变特性，着重寻找双b喷注双光子bbγγ末态以及四b喷注bbbb末态的物理事例。该研究结合了h->bb衰变的大分值比以及h->γγ高质量分辨率的优势，通过整合两个末态的分析结果，最终的截面测量或者是截面上限的确定会得到最大的优化，将对进一步在2HDM参数空间的tanβ- cos(β-α)内的约束提供极大的贡献，并将为接下来电弱对称破缺机制的实验发展方向提供重要依据。

随着标准模型希格斯粒子的发现及其性质的确定，寻找电弱对称破缺机制在实验上的证据进入了一个新的阶段，寻找超出标准模型希格斯粒子逐渐成为当前研究热点。我们的主要研究内容是在 ATLAS 探测器上搜寻超出标准模型中的重希格斯粒子，主要观测 CP-even 的重希格斯粒子衰变到两个轻希格斯粒子的过程 H->hh。我们顺利完成了在 ATLAS 探测器上搜寻超出标准模型中的CP-even 重希格斯粒子的工作， 统计整合了双 b 喷注双光 子 bbγγ末态以及四b 喷注 bbbb 末态的物理分析道；并创新性的开辟了 WWγγ末态的搜寻， 完成了相应的分析工作。另外，我们的工作在计划外， 涉及了超出标准模型中的 CP-odd 重希格斯粒子的搜寻工作，主要承担了五个衰变道的统计整合工作以及物理模型解释工作。这是在大型强子对撞机 ATLAS 实验上首次对超出标准模型中的重希格斯粒子进行的搜寻，也是首次通过 H->hh 对 hMSSM 和 low-tb-high MSSM模型的参数空间进行约束，以及首次通过 A->Zh 对 2HDM 模型的参数空间进行约束。该研究对于确定是否存在标准模型之外的希格斯粒子有着极其重要的意义， 并为接下来电弱对称破缺机制的实验发展方向提供重要依据。