[論文レビュー] Dilepton Signatures of the Higgs Boson with Tau-jet Tagging

Pankaj Agrawal, Somnath Bandyopadhyay+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるトップクォーク対と関連したヒッグスボソン生成（pp→t\bar{t}H）における二重レプトン署名を調査し、2つの電子／ミュオンおよびタグ付きジェットを含む最終状態に焦点を当てる。タウジェットおよびボトムジェットのタグ付けに加え、同じ符号のレプトン選択を用いることで、2つのタウジェットを有するか、同じ符号のレプトンを伴う1つのタウジェットを有する署名が、LHCランIIにおいて観測可能であるほど十分な信号対背景比を達成することを示している。これにより、グルーオン融合チャネルを上回るヒッグス結合測定が可能になる。

ABSTRACT

We consider the process $p p o t {\bar t} H$. This process can give rise to many signatures of the Higgs boson. The signatures can have electrons, muons and jets. We consider the signatures that have two electrons/muons and jets. Tagging of a tau jet and a bottom jet can help reduce the backgrounds significantly. In particular, we examine the usefulness of the signatures "isolated 2 electrons/muons + a bottom jet + a tau jet", "isolated 2 electrons/muons + 2 tau jets", "isolated 2 electrons/muons + 2 bottom jets + a tau jet", and "isolated 2 electrons/muons + a bottom jet + 2 tau jets". We find that signatures with two tau jets are useful. The signatures with one tau jet are also useful, if we restrict to same-sign electrons/muons. These requirements reduce the backgrounds due the process with Z-bosons + jets and the production of a pair of top quarks. We show that these signatures may be visible in the run II of the Large Hadron Collider.

研究の動機と目的

• 主なグルーオン融合チャネル以外のt\bar{t}H生成における実現可能なヒッグスボソン署名の特定。
• ジェットタグ付けとレプトン電荷選択を用いて、主要なQCDおよびトップクォーク対背景を低減すること。
• LHCランIIにおける2つの電子／ミュオンおよびタグ付きジェットを含む二重レプトン最終状態の観測可能性の評価。
• t\bar{t}H生成によるヒッグス結合測定に最適な署名の特定。
• タウジェットタグ付けと同一符号レプトン選択が信号対背景比に与える影響の評価。

提案手法

• ヒッグスがττまたはWW*モードに崩壊するpp→t\bar{t}H過程を分析し、2つの荷電レプトンおよびジェットを含む最終状態を生成する。
• 実験的ジェットタグ付けを適用：タウジェット（25–50％の効率、0.1–1％の誤認識率）およびボトムジェット（50–60％の効率、1％の誤認識率）。
• QCDおよびDrell-Yan背景を抑制するために運動量的カットとレプトン分離を課す。
• t\bar{t}およびZ+jets背景を抑制するため、同一符号の電子／ミュオンに制限し、特に1つのタウジェットを伴う署名において有効である。
• 部分子分布関数とスケール不確かさを含むNLO断面積を用い、信号対背景比S/√Bを推定する。
• 複数の署名について、異なるジェットタグ設定を用い、300 fb⁻¹のフルエンスでイベントカウントを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在および予想される実験的手法を用いて、t\bar{t}H生成における二重レプトン署名はLHCで観測可能か？
• RQ2 t\bar{t}Hイベントの二重レプトン最終状態において、タウジェットタグ付けは背景低減にどの程度有効か？
• RQ3 同一符号レプトン選択は、1つのタウジェットを伴う署名において、トップクォーク対およびZ+jets背景を顕著に低減するか？
• RQ4 ジェットタグ付けとレプトン電荷設定のどの組み合わせが、ヒッグスボソン検出における最高の信号対背景比を達成するか？
• RQ5 実際のフルエンスと検出器性能を想定した場合、t\bar{t}H過程はLHCランIIにおいて二重レプトン最終状態を通じて観測可能か？

主な発見

• 2つのタウジェットを有する署名、例えば「2つの電子／ミュオン＋2つのタウジェット」は、300 fb⁻¹のフルエンスにおいて、ヒッグス質量が120–130 GeVの範囲で信号対背景比が約4.6–5.8を達成する。
• 「2つの電子／ミュオン＋1つのタウジェット＋1つのボトムジェット」の署名は、信号対背景比が3.4–3.8にとどまり、追加の低減がなければ観測には不十分である。
• 同一符号レプトン選択により、t\bar{t}背景が顕著に低減され、信号対背景比は「2つの電子／ミュオン＋1つのタウジェット＋1つのボトムジェット」で6.3–8.3、「2つの電子／ミュオン＋2つのタウジェット＋1つのボトムジェット」で5.0–5.4に向上する。
• 「2つの電子／ミュオン＋2つのタウジェット」の署名は、信号対背景比が4.6–5.2を達成し、ランIIにおける観測可能なチャネルとして妥当である。
• 「2つの電子／ミュオン＋1つのタウジェット＋2つのボトムジェット」の署名は、t\bar{t}背景が高いため、同一符号選択後でも信号対背景比が2.1–2.4にとどまり、低すぎる。
• 断面積における理論的不確かさ（10–15％）は、信号対背景比の比においてほとんど相殺されるため、理論的および実験的変動に対して結果が安定している。