利用 $\gamma\gamma$ 和 $WW^*$ 衰变区分'Higgs'自旋假设

ATLAS 和 CMS 合作组在寻找 Higgs 玻色子的过程中最近发现的新粒子 X，已被观测到衰变为 $\gamma\gamma$、$ZZ^*$ 和 $WW^*$，但其自旋和宇称 $J^P$ 仍是个谜，其中 $J^P = 0^+$ 和 $2^+$ 是开放的可能性。我们使用 PYTHIA 和 Delphes 模拟了对完整 2012 年数据集中 $gg \to X \to \gamma\gamma$ 衰变角分布的分析，并包含了真实的背景水平。我们表明，该角分布应能在自旋为零和具有类引力子耦合的自旋为二的可能性之间提供强有力的区分：若使用保守的对称解释的对数似然比 (LLR) 检验统计量，区分度约为 3 sigma；若使用较不保守的不对称解释，则约为 6 sigma。标准模型 Higgs 玻色子以及具有类引力子耦合的 $2^+$ 粒子的 $WW$ 和 $ZZ$ 耦合均预期表现出 custodial symmetry。我们利用 PYTHIA 和 Delphes 模拟了当前 ATLAS 和 CMS 针对 $X \to WW^*$ 的搜索策略，并表明在具有类引力子耦合的自旋为二粒子情形下，其效率比自旋为零情形小约 1.9 倍。另一方面，$X_{2^+}$ 到 $WW^*$ 和 $ZZ^*$ 的分支比之比比 $0^+$ 情形大约 1.3 倍。我们发现，当前 ATLAS 和 CMS 关于 $X \to WW^*$ 和 $X \to ZZ^*$ 衰变的结果在自旋为零和自旋为二两种假设下均与 custodial symmetry 相容，且预计在 2012 年期间可获得的数据不太可能在这些可能性之间做出显著区分。