[論文レビュー] Combined CDF and D0 Upper Limits on Standard Model Higgs-Boson Production with 2.1 - 5.4 fb-1 of Data

The CDF Collaboration, the D Collaboration+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、√s = 1.96 TeVの陽子-陽バリオン衝突からのCDFおよびD0データを統合し、2.1–5.4 fb⁻¹の統合光度を用いて、標準模型のヒッグス粒子生成に対する上限を設定した。95%信頼水準で、質量範囲163–166 GeV/c²のヒッグス粒子が除外され、予想される除外範囲は159–168 GeV/c²であった。これは、統合データと向上した解析手法に基づく、初のテバトロンレベルの特定のSMヒッグス質量の除外を示している。

ABSTRACT

We combine results from CDF and D0 on direct searches for a standard model (SM) Higgs boson (H) in ppbar collisions at the Fermilab Tevatron at sqrt(s)=1.96 TeV. Compared to the previous Tevatron Higgs search combination more data have been added and some previously used channels have been reanalyzed to gain sensitivity. We use the latest parton distribution functions and gg->H theoretical cross sections when comparing our limits to the SM predictions. With 2.0-4.8 fb-1 of data analyzed at CDF, and 2.1-5.4 fb-1 at D0, the 95% C.L. upper limits on Higgs boson production are a factor of 2.70 (0.94) times the SM cross section for a Higgs boson mass of m_H=115 (165) GeV/c^2. The corresponding median upper limits expected in the absence of Higgs boson production are 1.78 (0.89). The mass range excluded at 95% C.L. for a SM Higgs is 163

研究の動機と目的

• フェルミラブ・テバトロンにおけるCDFおよびD0実験の結果を統合することで、標準模型ヒッグス粒子探索における感度を向上させること。
• 2.1–5.4 fb⁻¹のデータを用いて、新たに分析されたチャネルと向上した解析手法を含め、ヒッグス粒子生成断面積の更新された上限を設定すること。
• 観測された限界と期待される限界に基づき、95%信頼水準での標準模型ヒッグス粒子の質量範囲を除外すること。
• 最新の部分子分布関数とヒッグス生成断面積を用いて、観測限界と理論的予測を比較すること、特にグルーオン融合に関して。
• ヒッグス質量スペクトル全体にわたる観測限界と期待限界の線形補間を用いたCLₛ法を用いて、堅牢な統合除外領域を提供すること。

提案手法

• CDFおよびD0の90の相互排他的な最終状態を統合し、ヒッグス粒子のバリアント（bb̄、W⁺W⁻、τ⁺τ⁻、γγ）への崩壊を含む。
• 信号領域は、W/Zとの関連生成（VH）、グルーオン融合（gg → H）、ベクトルボソン融合（VBF）に対して定義され、感度に最適化されたイベント選択が行われた。
• 最終的な識別子として、ベイズニューラルネットワーク（CDF）およびブーストド・ディシジョンツリー（D0）を含む高度な多次元技術が用いられた。
• バックグラウンドは、データ駆動型手法とモンテカルロシミュレーションを用いてモデル化され、マルチジェットおよび誤って識別されたレプトン成分に注意を払った。
• 信号強度の上限を設定するためにCLₛ法が適用され、観測限界と期待限界が5 GeV/c²の質量グリッド上で線形補間された。
• 統合には、最新の部分子分布関数とgg → H断面積を含む、更新された理論的入力が用いられ、限界と標準模型予測を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100–200 GeV/c²の質量範囲にわたる標準模型ヒッグス粒子の生成断面積に対する95%信頼水準の上限は何か？
• RQ2 統合されたCDFおよびD0解析が、95%信頼水準でどのヒッグス粒子質量範囲を除外するか？
• RQ3 今回の統合探索の感度は、以前のテバトロンのヒッグス統合と比べてどうか？ どのような改善がこれを可能にしたか？
• RQ4 信号が存在しない場合の予想される除外範囲は何か？ 背景のみのシミュレーションに基づく。
• RQ5 観測限界と期待限界は、特にW⁺W⁻崩壊チャネルが支配する高質量領域において、ヒッグス粒子質量にどのように依存するか？

主な発見

• mH = 115 GeV/c²における95%信頼水準でのヒッグス粒子生成断面積の上限は、標準模型断面積の2.70倍であり、mH = 165 GeV/c²では0.94倍であった。
• ヒッグス粒子生成が存在しない場合の中央値期待上限は、mH = 115 GeV/c²で1.78、mH = 165 GeV/c²で0.89であり、感度の向上を示している。
• 観測された95%信頼水準での除外範囲は163 < mH < 166 GeV/c²、予想される除外範囲は159 < mH < 168 GeV/c²であった。
• 除外範囲は、1-CLₛ曲線の線形補間を用いて決定され、全断面積依存性の上に凸の挙動を示すため、ベイズ計算が代替手法よりも好まれた。
• 高質量W⁺W⁻チャネルにわずかな過剰が見られたが、全体の過剰は1標準偏差未満であり、2009年の統合と比較してやや小さい観測除外範囲となった。
• 統合感度は、高質量でのヒッグス粒子の除外に十分であり、未分析の光度が追加され、解析手法がさらに洗練されれば、さらなる向上が期待される。