Verteilung und Korrelation von Leptonen aus Zerfällen schwerer Higgs-Bosonen
 

Zusammenfassung

Es wurden Energieverteilungen ($\md \Gamma / \md E$) und Energiekorrelationen ($\md \Gamma / \md E \md E'$), sowie Winkelverteilungen ($\md \Gamma / \md\varphi$) von Sekundärleptonen aus dem Zerfall eines schweren Higgs-Bosons über die drei wichtigsten Zerfallskanäle berechnet. Es wurde eine allgemeine phänomenologische Higgs-Kopplung angenommen, die CP-gerade, sowie CP-ungerade Anteile enthält.
Die vollständig analytischen Ergebnisse zeigen, wie die Helizitätsstruktur des $t\bar{t}$, W⁺W^- oder ZZ Zwischenzustandes analysiert werden kann. Außerdem zeigen sich signifikante Unterschiede im Zerfall von CP-geraden Higgs-Bosonen zu CP-ungeraden Higgs-Bosonen. Schließlich bieten die hier dargestellten Verteilungen der Leptonen die Möglichkeit, CP-verletzende Higgs-Kopplungen zu untersuchen. Im einzelnen stellen sich die Ergebnisse folgendermaßen dar:

Helizitätsanalyse: Beim Zerfall $H\to V_1 V_2$ kann explizit der Anteil der longitudinal und transversal polarisierten Vektorbosonen aus der Energieverteilung und Energiekorrelation abgelesen werden. Die Verteilung auf die verschiedenen Polarisationszustände hängt direkt mit den CP-Eigenschaften der Higgs-Bosonen zusammen. In den Zerfällen $H\to t\bar{t}$ und $H\to V_1 V_2$ kann in der Energiekorrelation ein Term isoliert werden, der auf der Spin-Korrelation des $t\bar{t}$ bzw. V₁ V₂ Zwischenzustandes beruht.

Unterscheidung zwischen J^CP=0⁺ und J^CP=0^-: Beim Zerfall $H\to V_1 V_2$ kann durch alle hier betrachteten Verteilungen zwischen skalarer und pseudoskalarer Higgs-Kopplung unterschieden werden. Die normierten Verteilungen haben für die zwei verschiedenen Kopplungen einen absolut gegensätzlichen Verlauf und der Unterschied wächst mit steigender Higgsmasse.

CP-Verletzung: Ein CP-verletzender Anteil im Vertex H V₁ V₂ oder H t $\bar{t}$ führt auf eine Energieasymmetrie zwischen den Sekundärleptonen von V₁ und V₂ (bzw. von t und $\bar{t}$). Dafür ist jedoch ein relativer, imaginärer Phasenfaktor zwischen CP-gerader und CP-ungerader Amplitude der Higgs-Kopplung notwendig. Die Verteilung des relativen Azimuts der Sekundärleptonen aus dem Zerfall $H \to ZZ$ enthält aber einen CP-verletzenden Anteil, der selbst ohne absorptive Phase, die durch Endzustands-WW erzeugt wird, nicht verschwindet.

Somit liefern die hier betrachteten Energieverteilungen und Energiekorrelationen, zusammen mit den betrachteten Verteilungen des relativen Azimuts der Sekundärleptonen, ein umfassendes Instrument zur Untersuchung der Kopplung von schweren Higgs-Bosonen.

Publications: Udo D. J. Gieseler