[論文レビュー] Constraints on Higgs boson properties using $WW^{*}( ightarrow e u \mu u )jj$ production in $36.1\,\mathrm{fb}^{-1}$ of $\sqrt{s}=13$ TeV pp collisions with the ATLAS detector

G. Aad, B. Abbott+2890 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 75被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCのATLAS実験が取得した13 TeVの陽子-陽子衝突データ36.1 fb⁻¹を用いて、グルーオン-グルーオン融合およびベクトルボソン融合によるヒッグス粒子の生成を対象として、ヒッグス粒子の性質に関する制約を提示している。CP性質は、角度分布およびWおよびZボソンへの偏光依存性の結合を通じて測定され、標準模型と整合的であることが判明した。tan(𝛼) = 0.0 ± 0.4 (統計) ± 0.3 (系誤差)、および結合スケール係数𝑎L = 0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸、𝑎T = 1.2 ± 0.4 (統計) ± 0.2₋₀.³ (系誤差) の結果が得られた。

ABSTRACT

This article presents the results of two studies of Higgs boson properties using the $WW^*( ightarrow e u\mu u)jj$ final state, based on a dataset corresponding to 36.1/fb of $\sqrt{s}$=13 TeV proton-proton collisions recorded by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. The first study targets Higgs boson production via gluon-gluon fusion and constrains the CP properties of the effective Higgs-gluon interaction. Using angular distributions and the overall rate, a value of $ an(\alpha) = 0.0 \pm 0.4$ stat. $ \pm \,0.3$ syst is obtained for the tangent of the mixing angle for CP-even and CP-odd contributions. The second study exploits the vector-boson fusion production mechanism to probe the Higgs boson couplings to longitudinally and transversely polarised $W$ and $Z$ bosons in both the production and the decay of the Higgs boson; these couplings have not been directly constrained previously. The polarisation-dependent coupling-strength scale factors are defined as the ratios of the measured polarisation-dependent coupling strengths to those predicted by the Standard Model, and are determined using rate and kinematic information to be $a_L=0.91^{+0.10}_{-0.18}$(stat.)$^{+0.09}_{-0.17}$(syst.) and $a_{T}=1.2 \pm 0.4 $(stat.)$ ^{+0.2}_{-0.3} $(syst.). These coupling strengths are translated into pseudo-observables, resulting in $\kappa_{VV}= 0.91^{+0.10}_{-0.18}$(stat.)$^{+0.09}_{-0.17}$(syst.) and $\epsilon_{VV} =0.13^{+0.28}_{-0.20}$ (stat.)$^{+0.08}_{-0.10}$(syst.). All results are consistent with the Standard Model predictions.

研究の動機と目的

• グルーオン-グルーオン融合生成における有効ヒッグス-グルーオン結合のCP性質を、角度分布およびイベント率を用いて探査すること。
• ベクトルボソン融合生成における、ヒッグス粒子の縦偏光および横偏光状態にあるWおよびZボソンへの偏光依存性結合を制約すること。
• WW*→eνμνjj最終状態における運動量および率の測定を通じて、ヒッグス粒子結合における標準模型からのずれをテストすること。
• ヒッグス-グルーオン相互作用におけるCP偶性およびCP奇性の寄与の干渉効果を介して、新しい物理の感度を向上させること。

提案手法

• CERNのLHCでATLAS検出器が取得した13 TeVの陽子-陽子衝突データ36.1 fb⁻¹を用いる。
• CPに敏感な分布を調べるために、2つの主要なジャケット間の符号付き方位角差ΔΦjjを主要な運動量変数として用いる。
• H+2ジャケット最終状態における信号とバックグラウンドの分離に多変量解析手法を適用する。
• 率および運動量分布を同時にフィットすることで、結合スケール係数および擬似観測量を抽出する。
• 偏光依存性結合スケール係数𝑎Lおよび𝑎Tを、測定値と標準模型予測値との比として定義する。
• 結合スケール係数を擬似観測量𝜅𝑉𝑉および𝜖𝑉𝑉に変換し、標準模型の予測と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CP偶性およびCP奇性の寄与の干渉によって制約される、有効ヒッグス-グルーオン結合のCP性質は何か？
• RQ2 ベクトルボソン融合生成において、ヒッグス粒子の縦偏光および横偏光状態にあるWおよびZボソンへの結合は、標準模型の予測とどのように異なるか？
• RQ3 ヒッグス粒子のグルーオンへの結合がCP奇性成分を示す可能性はあり、その混合角tan(𝛼)にどのような制限が得られるか？
• RQ4 ヒッグス粒子生成および崩壊における偏光依存性結合強度は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ5 測定された結合スケール係数および擬似観測量は、実験的不確実性の範囲内で標準模型からずれているか？

主な発見

• ヒッグス-グルーオン結合におけるCP偶性およびCP奇性寄与の混合角は、tan(𝛼) = 0.0 ± 0.4 (統計) ± 0.3 (系誤差) として測定され、CP保存相互作用と整合的である。
• 縦偏光状態にあるWボソンへの結合スケール係数は、𝑎L = 0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸ (統計) +⁰.⁰⁹₋₀.¹⁷ (系誤差) であり、標準模型の値1と整合的である。
• 横偏光状態にあるWボソンへの結合スケール係数は、𝑎T = 1.2 ± 0.4 (統計) +⁰.²₋₀.³ (系誤差) であり、これも標準模型と整合的である。
• ベクトルボソン結合の擬似観測量𝜅𝑉𝑉は、0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸ (統計) +⁰.⁰⁹₋₀.¹⁷ (系誤差) として測定され、標準模型の予測値1と整合的である。
• 擬似観測量𝜖𝑉𝑉は、0.13⁺⁰.²⁸₋₀.²⁰ (統計) +⁰.⁰⁸₋₀.¹⁰ (系誤差) として測定され、標準模型で期待されるゼロと整合的である。
• すべての結果が標準模型の予測と一致しており、CP性質や偏光依存性結合における新しい物理の顕著な証拠は得られなかった。