HL-LHC上$tthh$物理的解析

对撞机上的$tthh$产生包含了关于希格斯玻色子本质的丰富信息。在本文中，我们利用具有多个（$\geq 5$）$b$-喷注和一个轻子（$5b1\ell$）、多个（$\geq 5$）$b$-喷注和异号双轻子（$5b2\ell$）、同号双轻子（SS2$\ell$）、多轻子（multi-$\ell$）以及双tau共振（$\tau\tau$）的排他性通道，系统研究了其在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）上的物理。所分析的情形包括：（1）标准模型中的$tthh$产生；（2）由反常希格斯三次自耦合和$tthh$接触相互作用介导的$tthh$产生；（3）重希格斯（$H$）产生伴随$tt H \to tthh$；（4）费米子顶伴子（$T$）的成对产生伴随$T T \to tthh$。为解决事件拓扑的复杂性和组合背景的混乱，分析中采用了提升决策树（Boosted-Decision-Tree）工具。$5b1\ell$和SS2$\ell$分析定义了两个最有希望的通道，产生了略有不同的灵敏度。对于非共振$tthh$产生，这些排他性分析的组合允许在标准模型中以统计显著性$\sim 0.9\sigma$（其中$S/B > 1 \%$）进行测量，并可能有助于部分打破关于希格斯三次自耦合的灵敏度简并，这通常是HL-LHC上胶子融合双希格斯分析被认为存在的困难。这些灵敏度也被推演至27 TeV和100 TeV的未来强子对撞机。对于共振$tthh$产生，II型双希格斯二重态模型中的重希格斯玻色子可在质量阈值$2 m_h < m_H < 2 m_t$之间甚至超出该范围被有效搜寻（对于相对较小的$\tan\beta$），而复合希格斯模型中的费米子顶伴子可在Br$(T\to th)=25\%$和$50\%$时分别被探测至约$1.5$ TeV和$\sim 1.7$ TeV。