未来LHC探测顶希格斯CP性质:揭示精确度与强子对撞机灵敏度提升

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在未来大型强子对撞机(Large Hadron Electron Collider, LHeC)的研究中,一项关键任务是精确测量顶级希格斯玻色子与顶夸克(top quark)的相互作用的CP性质。CP性质,即宇称(Charge conjugation)和宇称时间反转(Parity)的联合对称性,对于理解粒子物理学标准模型(SM)的基础参数至关重要。在本研究中,科学家们利用电子-质子(e-p)碰撞作为探针,通过分析特定的过程pe-→t¯hνe来考察CP相ζt的影响。 在这个过程中,研究者特别关注了顶夸克的衰变模式,即h→bb(希格斯玻色子衰变为两个底夸克)和t→轻子(lνt)通道。他们通过观测一系列可测量的因素来揭示ζt的特性,包括顶夸克的横截面(σ),极化状态,以及h和t之间的速度差异,以及诸如角度不对称性这样的物理效应。这些观测有助于区分CP偶(CP-even)和CP奇(CP-odd)的贡献,从而揭示ζt的潜在CP行为。 为了评估对ζt的敏感度,研究者根据不同σ水平下的基准横截面,建立了与积累的亮度(L)相关的排除限。当考虑60 GeV和7 TeV的电子和质子束能量,以及在L = 100 fb^-1的数据集时,他们在2σ置信水平下排除了π/5 < ζt ≤ π的区间,这表明LHeC在高能环境下具有更高的CP敏感性。 进一步的分析预测,随着数据积累至最终的L = 1 ab^-1,即1 abisi^-1的亮度,研究者有望在s = 1.3 TeV和1.8 TeV的中心-of-mass能量下,达到测量SM top-Higgs耦合κ(强度比)的精度,即κ=1.00±0.17(0.08)。这表明,LHeC不仅能够探测CP性质,还可能提供关于顶夸克-希格斯相互作用精细结构的重要信息,有助于检验标准模型的预言,并可能揭示超出标准模型的新物理现象。这项工作对于理解粒子物理学的基本原理以及可能的理论突破具有重要意义。