ATLAS実験でのVector Boson Fusion
H Æγγ におけるヒッグス粒子探索
片岡真由子(東大ICEPP)
神前純一（KEK）
浅井祥仁（東大ICEPP）

Higgs勉強会 01/10/05

1Introduction
ヒッグスは質量が軽い（Mh<140GeV）

Branching ratio of Higgs

場合、２つのphoton に崩壊する。
HÆ γγ channelは discovery channel として有望なchannelの１つで、ヒッグス粒子がspin 0の粒子であることを示唆する。
HÆ γγ channel でのヒッグスの探索は
2photonのinvariant mass
M２＝２ET1ET2 ( cosh(δη)- cos(δφ))
を使って行う。

Higgs の質量ÆPhotonのenergy(ET1,ET2) と位置(δη,δφ)はEM calorimeterで測定する。

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EM calorimeter800
σ = 11.4% / √E600E resolution
σ = 11.4/√E400

2000-1EM calorimeter-0.500.5(E-E1000η resolution
σ = 2.7e-3/√E750

σ = 9.4 mrad / √E

φ resolution

750

σ = 2.7 10 / √E

σ = 9.4 mrad/√E500
σ = 5.3 10-3 / √E250)/√E1000-3500

1gen

250

00-20-10010(η - η2030-1003) *√E * 10Higgs勉強会 01/10/05

gen-50050gen(φ - φ100) (mrad) *√E

3Signal sample
Vector Boson Fusion : PYTHIA6.221 + PHOTOS
g-g Fusion : PYTHIA6.221 + PHOTOS

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4Background sample with real photons

終状態にreal photonを持つ
1. γγJJ(EW) : CompHEP + PYTHIA6.221
2. γγJJ(QCD) : ALPGEN + PYTHIA6.221

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Background with fake photon(s)“Fake photon”
Jet中のπ0がエネルギーのほとんどを持つ場合、Æ他のハドロンのactivityがsoft。 π0 はγγに崩壊するÆJet がγとIDされてしまう。

BG sample with fake photon
1. γJJJ : ALPGEN + PYTHIA6.221
2. JJJJ : ALPGEN + PYTHIA6.221
PDF : CTEQ5L
PT ordering is applied to avoid the double counts.

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γJJJ

JJJJ

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Fake photon rate of Jet
quark Jet (gq Æγq) を使って、 full simulationでstudy
Jet rejection = 1/ fake rate

Real Photonの定義

Æ Photon efficiencyを計算-- Jet のPTによらずJet rejection をfix。
-- photon efficiency をphotonのPTの関数として、correction として用いる。

Jet rejection

Cone algorithm: R=0.4, Et>15GeV

Photon efficiency
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7Selection Criteria（２tagging jets method）
1. Two forward tagging jets-- one jet in each hemisphere-- PT(jet1) > 40GeV,PT(jet2) > 20GeV-- |Δηjj| >3.6-- ΔRjj>0.7 (ΔRjj2 = Δφ2 +Δη2 )-- Mjj > 500GeV
2. Two Gamma selection-- Nγ = 2, |ηγ| < 2.5-- PT(γ1) > 50GeV, PT(γ2) > 25GeV-- gamma should exist between twoforward jets in η-φ plane.
(ΔR(jet,γ)>0.7)

Signal (VBF)background

10-3

10-4

0Higgs勉強会 01/10/05

500

1000

1500

2000

2500
mjj [GeV]

Mjj(GeV)8Selection criteria (2)Additional cuts for no colour exchange.
-- Central jet veto
(No jet with PT (jet)>20GeV in the central region)-- apply inefficiency of 3.7% due to minimum bias jets
Higgs mass window requirement-- 118 < Mh < 122GeV @ Mh = 120GeV

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9Results (Mh=120GeV,L = 30fb-1)-- signal Mgamgam

MassEntries-- all BGMean
RMS

25

L = 30 fb-1

# of events in themass window

VBF

21.6

ggF

3.0

γγJJ (EW)

3.0

γγJJ (QCD)

3.9

γJJJ

5.4

JJJJ

7.515579
113.8
24.39

-- BG with fakephoton2015105

Mh = 120GeV, L = 30 fb -1
70

80

90

100

110

120130140

150

S =24.9, B = 19.9

160

M(γγ)

Significance(poisson) = 4.6“2 jets tagging analysis” is promising !!
BG with fake photonが多い
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10Improvement•< gluon species >Full simulation でのstudyよりgluon 起源のJetのJet rejectionは、quark
起源のJetのJet rejection に比べて４倍大きい。
(gluon jet の方が fake photon になりにくい。)

Jet rejection
gluon 起源Jet
Quark 起源Jet

4倍Æ according to rough estimation by
Fast simulation,γJJJ and JJJJ decreased
to 25 % and 4 %, respectively.
significance 4.6 Æ 6.2 @ Mh = 120GeV, L = 30 fb-1
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Systematic uncertainty
Systematic uncertainty from renormalisation scale.
Æ By changing renormalisation scale <PT> to min. PT cross section ofγJJJ and JJJJ processes increase by factor 1.7 and 1.9, respectively.
Æ Signal significance 4.6 Æ 4.0 @ Mh = 120GeV,L = 30fb-1
Æ Renormalisation uncertainty is acceptable.

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12Other analyses on HÆγγ @ATLAS
H→γγ+0j
Analysis by France

H→γγ+1jAnalysis by USA-- 0 jet analysis (by France)Æ主にgg Fusion でsignalも多いがバックグラウンドが非常に多い-- 1 jet analysis (by USA)Æ gg fusion とVBFの両方
Æ 統計が多い

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Combined results

1 jet
2 jet
0 jet

preliminary

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summary-- Fast simulationを用いて、VBF HÆγγチャンネルにおけるヒッグス粒子探索の研究をおこなった。
-- L =10fb-1のデータ量でMｈ＝120GeVの場合、combinedanalysis で5σでヒッグス粒子を発見することができる。

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To do１．Full simulationで解析を行う
2. Full simulation でFake photonのstudyを行う。
(gluon Jet, quark Jet それぞれのrejection factor)
Æ具体的にはgamma identificationをしっかりstudyをしてbackground with fake photonを減らす。
3. Estimate systematic uncertainty from PS scale/fragmentation on full simulation.
4．40%のphotonがTRTでconvertしてしまう。
Æ このphotonをすくうために、gammaのisolation
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