[論文レビュー] Combined CDF and D0 upper limits on gg->H W+W- and constraints on the Higgs boson mass in fourth-generation fermion models with up to 8.2 fb-1 of data

Tevatron New Phenomena|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、1.96 TeVの陽子-陽陽子衝突における8.2 fb⁻¹のデータを用いて、CDFとD0のデータを統合し、グルーオン融合によるヒッグス粒子生成（H→W+W−に崩壊）の統合上限を設定した。95%信頼水準において、第四世代フェルミオン系を含むモデルでは、124〜286 GeVの質量を持つ標準模型に類似したヒッグス粒子が除外される。

ABSTRACT

We combine results from searches by the CDF and D0 Collaborations for a standard model Higgs boson (H) in the processes gg->H->W+W- and gg->H->ZZ in p-pbar collisions at the Fermilab Tevatron Collider at sqrt(s)=1.96 TeV. With 8.2 fb-1 of integrated luminosity analyzed at CDF and 8.1 fb-1 at D0, the 95% C.L. upper limit on sigma(gg->H)xBr(H->W+W-) is 1.01 pb at m_H=120 GeV, 0.40 pb at m_H=165 GeV, and 0.47 pb at m_H=200 GeV. Assuming the presence of a fourth sequential generation of fermions with large masses, we exclude at the 95% Confidence Level a standard-model-like Higgs boson with a mass between 124 and 286 GeV.

研究の動機と目的

• CDFとD0実験の統合データを用いて、H→W+W−崩壊チャンネルにおけるヒッグス粒子生成の制約を強化すること。
• 第四世代フェルミオン系がヒッグス粒子質量の除外限界に与える影響を評価すること。
• ヒッグス質量の範囲にわたるgg→H→W+W−の断面積×分岐比に対する厳密な95%信頼水準の上限を設定すること。
• 更新されたTevatronデータを用いて、標準模型ヒッグス粒子と第四世代フェルミオンモデルの整合性を検証すること。

提案手法

• フェルミラブTevatronにおける8.2 fb⁻¹の統合した光度を用いて、CDFとD0共同研究の結果を統合する。
• 両実験からのσ(gg→H) × Br(H→W+W−)の観測上限を統合する統計的手法を適用する。
• W+W−最終状態における観測イベント数とバックグラウンド推定値を用いて、95%信頼水準の上限を計算する。
• 標準模型に類似したヒッグス粒子を仮定し、重いフェルミオンを含む第四世代フェルミオンモデルの文脈で除外限界を評価する。
• グルーオン融合による標準模型ヒッグス生成断面積予測を用いて、ヒッグス質量の範囲にわたる上限を設定する。
• 大質量の第四世代フェルミオンを含むモデルを仮定した、モデル依存の除外解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 m_H = 120 GeVにおけるgg→H→W+W−の生産断面積×分岐比に対する統合95%信頼水準の上限は何か？
• RQ2 第四世代フェルミオン系を含む状況において、統合されたCDFとD0の結果が、標準模型に類似したヒッグス粒子の質量をどの程度制約するか？
• RQ3 統合データを用いて、m_H = 165 GeVおよびm_H = 200 GeVにおけるσ(gg→H) × Br(H→W+W−)の上限は何か？
• RQ4 第四世代フェルミオンモデルを組み込むことで、ヒッグス粒子質量の除外限界はどの程度変化するか？

主な発見

• ヒッグス粒子質量が120 GeVのとき、σ(gg→H) × Br(H→W+W−)の95%信頼水準の上限は1.01 pbである。
• 165 GeVでは上限が0.40 pbに低下し、高質量領域でより強い制約が得られていることが示された。
• 200 GeVでは上限が0.47 pbであり、高質量領域において一貫した感度が得られている。
• 第四世代フェルミオン系を含むモデルでは、124〜286 GeVの質量範囲で標準模型に類似したヒッグス粒子が95%信頼水準で除外された。
• 統合解析により、個別の実験よりも感度が向上し、第四世代モデルの文脈で質量除外範囲が拡大された。
• 本結果は、拡張されたフェルミオン世代を含むモデルにおけるヒッグス粒子質量に対する顕著な制約を示している。