Vector Boson Fusion過程を用いた
Fusion過程を用いた
ヒッグスのスピンとCPの測定
CPの測定
ICEPP
兼田 充

ATLAS 研究会＠東大2005年10月1日

Spin and CP of the Higgs
M.Kaneda1Outline••••••

Vector Boson Fusion 過程のH->WW->lvjj
ヒッグスの崩壊におけるスピンとCPに関係するパラメーター
MC Event Generation
イベントセレクション
結果
まとめ

2005年10月1日

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M.Kaneda

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Introduction• LHC-ATLAS実験において、ヒッグス粒子が発見された後、実験において、ヒッグス粒子が発見された後、その粒子の性質について調べることが次の課題である。
２MWの時、 ヒッグスは主に、W• MH>２
ヒッグスは主に、 +W-またはZZペアにまたは ペアに崩壊する。
この崩壊モードの場合、発見は容易である。
σ以上のsignificance））（L=30fb-1 20σ以上の• ヒッグスのスピンやCPについてのとしては、ヒッグスのスピンや についてのstudyとしては、についてのH->ZZ->4lという崩壊過程におけるものがある。
>4lという崩壊過程におけるものがある。
C. P. Buszello et al., hep-ph/012396
他にATLASではではATL-PHYS-2001-004に記述がある
他に004に記述がある• 今回私達はH->WW->lvjjという崩壊過程でのヒッグスlvjjという崩壊過程でのヒッグス粒子のスピン、CPの測定について研究した。
粒子のスピン、 の測定について研究した。
2005年10月1日

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VBF H->WW->lvjj• ヒッグスの質量が140GeV以上で以上でヒッグスの質量がWWへの崩壊が非常に大きい。
への崩壊が非常に大きい。

WW• Vector Boson Fusionについてのについての今までの私達の研究を用いることが出来る。
• この崩壊過程ではneutrinoが一が一
この崩壊過程ではつしか存在しないので値を解くことが出来る。従って事象を完全に再構成できるので、H->ZZ->4l、H->γγ、Η−>ττ、と並ぶ重要なチャττ、と並ぶ重要なチャンネルである。
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M.KanedaMH(GeV)

ヒッグスの崩壊率4

Parameters Sensitive to Spin- andCP-eigenvalues of the Higgs Decay
Direction of motion of the child in the V rest frameφfθ1V(W)fV(W)θ2ff

The Higgs decay point

The Higgs rest frame

φ:: ヒッグス粒子の静止系において、二つのW粒子から崩壊したそれぞれ2つのフェルミオンが作る平面の間の角度。
θ:: W粒子の静止系におけるフェルミオンの運動量の方向と、ヒッグス粒子の静止系におけるW粒子の運動量の方向間の角度。

これらの角度はヒッグスのスピンとＣＰに対してsensitiveであるである
これらの角度はヒッグスのスピンとＣＰに対して2005年10月1日

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The Decay Plane Correlation Function
Ref. Charles A. Nelson, Phys. Rev. D 37,1220(1988)

φに関しては次のような関数でフィット出来る
F(φ) = C(1 + αcosφ + βcos2φ)
しかし、jetの電荷を知ることは出来ないので次のような関数になる
しかし、 の電荷を知ることは出来ないので次のような関数になる

F* (φ) = (F (φ) + F (π−φ))/2 = C(1 + βcos2φ)
従って、このモードではβ
従って、このモードではβのみ測定することが出来る。
β(SM Higgs)

MH(GeV)2005年10月1日

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The Polar Angle Distribution
Ref. V.Barger et al , Phys. Rev. D 49,79(1994)• θに関しては次のような関数でフィットすることができる:に関しては次のような関数でフィットすることができる
G(θ) = T.(1 + cos2(θ)) + L.sin2(θ)
L ：W粒子の振幅のたて成分
粒子の振幅のたて成分
T ：W粒子の振幅の横成分
粒子の振幅の横成分• 新たにRを新たに を:R(SM Higgs)
R := (L – T ) / (L + T)と定義。
これはたて成分と横成分の割合を表す量である。
MH(GeV)2005年10月1日

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MC Generations• Signal:VBF H -> WW -> lvjj( l = e,µµ)– σ*Br(H->WW) = 351fb (MH = 130GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 539fb (MH = 140GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 693fb (MH = 150GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 842fb (MH = 160GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 836fb (MH = 170GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 527fb (MH = 200GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 370fb (MH = 250GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 277fb (MH = 300GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 151fb (MH = 400GeV) (Pythia)– σ*Br(H->WW) = 89.5fb (MH = 500GeV) (Pythia)•Background:– ttbar σ = 488pb (Pythia)– W+4jets
σ*Br(W->leptonic decay)= 134pb(Alpgen + Pythia)•

この研究はFastsimulationを用いて行った。
を用いて行った。
この研究は2005年10月1日

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q(forward jet)

Event Selectione,µq•••

MH>=160GeV(MH<=150GeV)
Lepton, Missing ET
W/Z– 30GeV < PT(lep) < 100GeV(30GeV < PT(lep) )q– |η
η|<2, Number of leptons = 1– 30GeV < Missing ET < 100GeV(30GeV < Missing ET )Jet Tagging– 各半球でhighest
PT jetををforward jet と定義。
各半球で– このforwardjetに対しに対しこのWν

HWq(central jet)q(central jet)

• Pt > 40GeV(Pt1 > 40GeV, Pt2 > 20GeV) , Mj1j2 > 1000GeV , | η1 - η2 | > 5(4.4)•W->jj(Central jets)–••

残ったjetの中から残った の中からPが大きいものから二つをjetと定義。と定義。の中から Tが大きいものから二つをcentralq(forward jet)

– 30GeV < PT < 100GeV(20GeV < PT1, 30GeV < PT 2,),65GeV(20GeV) < Mjj < 95GeV– ηf1 < ηc1, ηc2,< ηf2– ΔR between forward jet and central jet >2.0(3.0)
top veto– Number of b-jets = 0（
（ B.G.ででtopを含むものを落とすためにを含むものを落とすためにtopから崩壊する粒子を含むものを落とすために から崩壊するbottom粒子から崩壊するが無いことを要求）
Mini jet veto
– 二つのforward
jetの間の領域にの間の領域に20GeV以上の以上のjetが以外に存在しな
二つのの間の領域に以上の がforward, central jet以外に存在しないことを要求
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9Selection(W->lv Reconstruction)• neutrinoの横方向の運動量はの横方向の運動量はmissingの横方向の運動量はmissing Etとして計れるが、Etとして計れるが、zとして計れるが、z方向（ビーム軸方向）の運動量E方向（ビーム軸方向）の運動量 vz 直接は計れないので、観測量から決めてやらなければならない。
• Conventionalな方法としてな方法としてEな方法として vzをmissing EtとEtとleptonの運動量leptonの運動量を用いて、ニュートリノとレプトンからＷをリコンストラクションした際にMした際に w->lv = 80GeVとなるように決めるものがある。
80GeVとなるように決めるものがある。
この方法は２次
この方法は２次方程式を導くことになるので二つの解２次方程式を導くことになるので二つの解Evz1,Evz2(|Evz1|>|Evz2|)が存在する。
が存在する。
Conventionalな方法ではConventionalな方法ではEな方法では vz2を選んでいる。

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10Selection(W->lv Reconstruction)

Conventional Method.
Mlvjj

using Evz ofthe generator

using Evz of this method
using Evz ofthe generatorcosθ
θ1using Evz ofthis method

Mlvjj and cosθ
θ using this mehod (signal only)

Mlvjj の分布は高い方にtailの分布は高い方にtailがあり
θ1 の分布は負の方向に偏っtailがあり,があり, cosθてしまっている。
この方法によって得られたE
この方法によって得られた vz は実際のEは実際の vzと大きく違っていて角度と大きく違っていて角度分布に影響を及ぼしてしまっている。
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Selection(W->lv Reconstruction)
我々が開発した新しい方法• ヒッグス発見後の測定モードとしてはヒッグスの質量の情報をイしてmissing
ET、leptonののンプットとして使える。つまりMしてンプットとして使える。つまり H をfixして運動量、二つのcentralジェットの情報からジェットの情報からE運動量、二つのジェットの情報から vzを得る。

Signal(MH=170GeV)• Conventional method同様
同様Evz1,Evz2(|Evvz1|>|Evz2|)のの二つの解がありE二つの解があり vz2を選んだ。
• 二つの方法を比べた結果、新しい方法の方がより正しいE新しい方法の方がより正しい vzを得られるという結果が出た。

Lower solution

Evz2
Evz1

Evz(generator) – Evz(reconstructed)• また、ヒッグスの質量に 5GeV程度の不定性があった場合でも、程度の不定性があった場合でも、角度分布に対する大きな影響は出ないことを確認した。
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12Selection(W->lv Reconstruction)• この方法によりE
この方法により vzが得られなかった場合（方程式が解けない場合）そのイベントは除く。
• 得られたE得られた vz を用いてWををleptonととneutrinoからから再構成し、その質量に対して60GeV < Mlv < 100GeVのＣｕｔをかける。
のみ)(MH>=160GeVのみ
のみ
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Mlv
Signal(MH=170GeV)

13

Event Statistics
Expected cross sections after selections.
MH(GeV)

130

140

150

160

170

Signal(fb)

0.20

0.30

0.64

0.92

1.4

Ttbar(fb)

0.010

0.010

0.010

<0.01

0.029

W+4jets(fb)

0.15

0.17

0.31

0.23

0.57

MH(GeV)

200

250

300

400

500

Signal(fb)0.88

1.00.31

0.061

0.024

Ttbar(fb)

0.12

0.37

0.039

0.020

<0.01W+4jets(fb)

1.2

3.6

0.95

1.20.99

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Event Statistics

MH(GeV)

Expected cross sections after selections.

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MH(GeV)

Significance(S/(B1/2)) at 100fb-1.

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15

Results (φ)
Results of β [100fb-1](signal only and error is statistical only )MH(GeV)

130

140

150

160

170

result-0.11+/-0.31-0.034+/-0.27

0.15+/-0.18

0.21+/-0.14

0.089+/-0.12

Theory(SM)

0.24

0.22

0.20

0.17

0.14

MH(GeV)200

250

300400500

result0.061+/-0.15

0.0023+/-0.0.14-0.13+/-0.25

0.015+/-0.58-0.071+/-0.92

Thory(SM)

0.078

0.030

0.013

0.00380.0015Spin 1,CP +/-10

Spin 0,CP -1-0.25

2005年10月1日

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MH(GeV)Results (cosθ)
Results of R [100fb-1](signal only and error is statistical only )MH(GeV)

130

140

150

160

170

result0.91+/-0.31

0.97+/-0.24

0.84+/-0.18

0.72+/-0.20

0.63+/-0.17

Theory(SM)

0.60

0.58

0.55

0.41

-0.034

MH(GeV)200250300400500

result1.09+/-0.099

1.22+/-0.044

1.84+/-0.21

1.21+/-0.31

1.87+/-073

Thory(SM)

0.37

0.76

0.89

0.97

0.99

Spin 1,CP +/-10.3

Spin 0,CP -1-1

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17MH(GeV)Summary•

Higgs Mass Constraint Method を考案し、H->WW->lvjjにおいてにおいてを考案し、Conventional Methodより正確なより正確なEより正確な vzを得ることが出来た。

•LHC-ATLAS実験において、実験において、 ヒッグスがスピン0の場合、ヒッグスがスピン の場合、H->WWの場合、か識別可能。
>lvjj 過程を用いて、CPが過程を用いて、 がeven かoddか識別可能。

•130,140GeVなど、など、Mなど、 Hが小さいところでは難しい
今後の課題– Selectionについてはまだ改良の余地がある。
についてはまだ改良の余地がある。
– tbjのような他ののような他のB.G.についても調べてみる必要がある。
についても調べてみる必要がある。のような他の– 理論値とのずれについて。
– スピン１やCPoddのヒッグスについての研究。のヒッグスについての研究。
スピン１や– Forward jets の角度相関もヒッグスのスピン、CPに対してなの角度相関もヒッグスのスピン、 に対してsensitiveなに対して値で、これについても今後研究する。
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Back Up2005年10月1日

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Generator Fit

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cosθ
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2005年10月1日

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2005年10月1日

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φ
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2005年10月1日

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2005年10月1日

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Result Fit

2005年10月1日

Spin and CP of the Higgs
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cosθ
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2005年10月1日

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2005年10月1日

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M.Kaneda30

φ
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2005年10月1日

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2005年10月1日

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W->lv Reconstruction
Signal(MH=160GeV)

Signal(MH=170GeV)

ttbar

W + 4jets

Distributions of |Plz|
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学会の時の結果

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Results (φ)
MH=160GeV

MH=170GeV

φ/π

φ/π

Fitting function: F* (φ) = C(1 + βcos2φ)
Results of β [30fb-1](signal only and error is statistical only )MHFitting value
at 30fb-1

SM

Spin 1,CP +/-1

Spin 0,CP -1

160GeV

0.16+/-0.23

0.17

0-0.25

170GeV

0.06+/-0.19

0.14

0-0.25

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Results (cosθ)
MH=160GeV

cosθθ

MH=170GeV

cosθθ

Fitting function: G(θ) = T.(1 + cos2(θ)) + L.sin2(θ)
R := (L – T ) / (L + T)
Result of R [30fb-1 ](signal only and error is statistical only )R = 0.70+/-0.32(MH=160GeV)
R = 0.54+/-0.30(MH=170GeV)
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