ATLAS实验在13 TeV pp碰撞数据中寻找H±→τ±ντ衰变的带电希格斯粒子无果

本研究文章聚焦于使用ATLAS实验在大型强子对撞机(LHC)上对带电希格斯玻色子H±的搜索，该粒子通过H±→τ±ντ衰变途径进行探测。实验基于36.1 femtobarns (fb-1)的质子-质子（pp）碰撞数据，这些数据是在能量为13 TeV的s=13 $$\sqrt{s}=13$$下收集的。研究目标主要集中在两个最终状态：τ+ jets（即带τ子的喷射）和τ+ lepton（带τ子的轻子），这两个状态分别对应于H±与顶夸克的强子和轻子衰变路径。 在顶夸克衰变中或者与顶夸克关联产生的H±，其生产过程可能通过不同的机制，如与顶夸克的联合产生。在这个过程中，希格斯玻色子的信号被设计为寻找τ+ jets和τ+ lepton的组合，其中τ-轻子会经历强子衰变。然而，实验并未观察到带电希格斯玻色子的存在，这意味着没有观测到H±→τ±ντ的信号事件。 对于H±的质量范围，即90至2000 GeV，研究团队设置了95%置信水平下的上限，针对H±的生产截面乘以H±→τ±ντ的分支比（BR）B(H±→τ±ντ)，这个上限值在4.2至0.0025 picobarns (pb)之间。在质量较低的范围内，即90至160 GeV，当假设标准模型中顶夸克相关的H±生产截面时，对应的tttt和t$\overline{t}$生产过程中的ttH±耦合（BRt→bH±）上限被限制在0.25%到0.031%之间。 这一结果是对希格斯物理学的重要贡献，因为它排除了带电希格斯玻色子在特定质量区间内的存在，并对标准模型中顶夸克与希格斯粒子相互作用的理论预测进行了验证。此外，这个实验也为未来更高能量和更大数据集的研究提供了基础，以便更深入地探索希格斯粒子及其可能的超出标准模型的物理现象。