ヒッグス粒子の発見能力@ATLAS
Junichi TANAKAICEPP, Univ. of TOKYO

28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大1

Outline• SM Higgs discovery from CSC note– H->γγ, H->ZZ->4l, VBF H->ττ and H->WW• その他のチャンネル@CSC note->浅井さんがメインモードをより詳しく。

• Summary

28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大2

Higgs WG group for CSC• 10 sub-groups

田中
津野28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大3

軽いSM Higgs• CSC noteから利用したチャンネル– H->γγ (“inclusive” + “H+1” + “VBF analysis”)• 最終結果が出ていないので”4” for mH=120,130 and140GeVとした。
– 担当者からの数字は。。。
– H->ZZ->4e, 4μ, 2e2μ
• 後述
– VBF H->ττ->ll and lh• 津野さんのトーク• ここで利用した結果は公にされている最新の結果– H->WW->eμ+0/2 jets
• CSCではeμのみ。
• 後述• 除外したチャンネル– ttH, H->bb– ttH/WH, H->WW
28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大4

H->ZZ->4l•

Analysis– 4 electrons / 4 muons••••

10fb-1mH=130GeVMuon : combined+low Pt
Elec : 2 loose high Pt + 2 medium low Pt– 2 electrons + 2 muonsSingle/double e/mu trigger
Electron/muon identification– electron efficiency is worse thanour expectation before.

Mass resolution ~ 2-3%
mH=180GeV

4muon

4 elec10fb-1• Few % is improved in v13. (elec)•

BG of ZZ and Zbb– lepton isolation, impact parameterare used to reduce Zbb background.
– ZZ is irreducible background.
15 Feb, 2008

ATLAS Week

5

VBF H->ττ->ll/lh• 詳細は津野さんのトーク。
• 30fb-1の結果。

28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大6

H->WW->lνlν (1/2)••Analysis– 2 leptons (e or mu)• Only “elec+muon” is shown.
– Missing Et– 2 different analysis[1] No jet (GF dominant)[2] 2 jets (VBF dominant)Single/double e/mu trigger[1] Background for “no jet” analysis– WW, ttbar, W+njets, Z+njets– ttbar is killed by• Jet-veto– Reject events that containany hard jets with
Pt>20GeV.
• b-veto– W+njets• Fake lepton from jets
– It relies on performance oflepton ID.
– WW is irreducible BG. (dominant)
15 Feb, 2008

mH=170GeV

Spin correlation-> Δφll is small in signal.
BG level is obtainedby fitting shapes withboth signal andcontrol regions
simultaneously.

~1年間フィットをやり続けたグループ[1] “no jet” analysis
Transverse mass MT

Signal region
ATLAS WeekControl region7

H->WW->lνlν (2/2)[2] Background for “2 jets” analysis– ttbar, WW, W+njets, Z+njets– ttbar is killed by• Forward jet requirement• b-veto– WW is rejected by forward jetrequirement.

Significance

[1]
[2]

[2] “2 jets” analysis
Transverse mass MT

mH=170GeV

15 Feb, 2008

Two analysis has similar performance.
Combined result (no jet+2 jets analysis)
is also shown. This channel is promising.

ATLAS Week

8

Combined Result 1/3
ATLAS, 30fb-1
100

公式結果ではありません。
単純に２乗和したもの。
H->gamgam
H->ZZ->4l

10

VBF H->tautau->ll/lh
H->WW->emu
Total

100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200

1

• CSC (vs SciNote)では– K-factorが入った。
γγはVBF/H+1が入った。
– H->WW• CSC : eμのみ
• 右図では緑(lnqq込)と水色に分かれている。
15 Feb, 2008

ATLAS Week

9

Combined Result 2/3
ATLAS, 10fb-1
1412

公式結果ではありません。
単純に２乗和したもの。

10H->gamgam

8H->ZZ->4l
VBF H->tautau->ll/lh

6H->WW->emuTotal

42100
105110115
120
125
130
135140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
2000

• H->WW->eμ単独でかなりの領域をカバー(135GeV以上)!!! (BGの理解!!!)• H->ZZ->4lも健闘している。(135-160GeV,190以上)• mH=120GeV付近ではγγ,ττ!!!
28 March, 2008

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Combined Result 3/3•ATLAS HiggsWGではProfile Likelihood methodで結果をまとめる予定。

• ウィスコンシン大による結果(これも公式結果ではありません)– その方法のデモンストレーション。

28 March, 2008

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その他のチャンネル

28 March, 2008

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ttH/WH, H->WW• Final state = 2leptons or 3leptons• “Counting”法なので、BG estimationが非常に重要。
– SとBの違いを最終的に示す魅力的な分布がいまのところない。。。@CSC note

• BG
– tt
– ttW/ttZおよびWZが落とせない。(S/B<1)

28 March, 2008

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H/A->ττ• VBF H->ττと同様にll,lh,hhモードを研究している。
• llモードのみ結果あり。
– Peak観測がないため、これも”counting”ベース。
– BG estimationが重要-> “Z->μμ->ττ”法(津野さんのトーク)– 個人的には、• b-tagged jetを要求して(つまり、bbHを期待して)、collinear近似で質量を組むのは。。。
28 March, 2008

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h/H/A->μμ (1/2)• B-taggingを使う戦略とそうでない戦略が考えられている。
– M(μμ)分布を見る限り厳しそうだが、BGはスムースなのでsubtractできる(と思う。)
0 b-tagged jet

Signal only>=1 b-tagged jet~3%– CSC noteでは、ttbar ee/eμからttbarのcontributionをsubtractする方法が議論されている。
28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大

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h/H/A->μμ (2/2)• B-taggingを使う場合の結果:5σ discovery & 95% exclusion

28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大16

Summary• 予定通り10fb-1でSMHiggsを発見可能。
– いままでの研究を最新のfull simulationで再検討した。
• negativeな結果になったチャンネルも。
->浅井さんのトーク– 実データを利用した方法というものの研究がまだまだ。

28 March, 2008

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backup

28 March, 2008

研究会「LHCが切り拓く新しい素粒子物理学」@東大

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ttH, H->bb• 下図にあるように、以前はDiscoveryチャンネルとして報告されていた。
– 軽いHiggsの場合、BR(H->bb)がdominate.
– Yukawa couplingの測定に重要.

しかしながら、最近の詳細な研究@ATLAS/CMSではnegativeな結果が報告されている。
-> 浅井さんのトーク

mH=120GeV
L=30fb-1

28 March, 2008

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Invisibly Decaying Higgs• VBFとWH/ZHの生成モードを使う。(CSC noteではVBFとZH)• VBFはトリガーが問題になるが、FJ23+J23+XE100という新しいメニューを提案。(eff=55%, 2+-1Hz@1033)• Countingベース。BG estimationが重要。
ξ2=“BR(H->inv) x σBSM“ / “BR(H->inv)=100% x σSM”
• 簡単に言うとSMと比較した値。
– 以下の結果は99% CL (所謂signal significanceが2.33)になるときのξ228 March, 2008

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トップより軽いH+tt->bHbW->bτhadνbqqtt->bHbW->bτlepνbqqtt->bHbW->bτhadνblν

28 March, 2008

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H+

Combined result

トップより重いH+の場合：
gg/gb->t[b]H->bqq[b]τhadν

28 March, 2008

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