[論文レビュー] Higgs + 2 Jets as a Probe for CP Properties

V. Hankele, G. Klämke+1 more|ArXiv.org|May 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 25

ひとこと要約

この論文では、LHCにおけるヒッグスおよび2本のジェット（Hjj）イベントにおける2つのタギングジェット間の方位角相関を用いて、ヒッグス結合のCP性を調べる手法を提案する。ベクトルボソン融合およびグルーオン融合過程におけるジェットの角度分布を分析することで、それぞれ90°および180°に特徴的な谷やピークを示し、CP偶数とCP奇数の結合を区別する。160 GeVのヒッグス質量において、CP奇数のヒッグス-トップクォーク結合とCP偶数の結合を区別するための6σの有意性が示され、CP違反研究への感受性が検証された。

ABSTRACT

Azimuthal angle correlations of the jets in Hjj events at the LHC provide a probe of the CP nature of Higgs couplings to gauge bosons. In weak boson fusion the HWW and HZZ couplings are tested. Gluon fusion processes probe the tensor structure of the effective Hgg vertex and thus the CP nature of the dominant quark couplings.

研究の動機と目的

• LHCにおける（準）スカラー励起状態（例えばヒッグスボソン）のCP性を実験的に特定するための手法を開発すること。
• CP偶数とCP奇数の結合を区別できるHjjイベントにおける観測可能な角度相関を同定すること。
• ベクトルボソン融合およびグルーオン融合生成モードにおける、ジェットの方位角角度分布がCP違反結合にどのように感受性を示すかを評価すること。
• 現実的なLHCのカットとバックグラウンド抑制を用いた場合、CP奇数とCP偶数のヒッグス結合を区別する統計的有意性を定量化すること。

提案手法

• ベクトルボソン融合およびグルーオン融合過程からのHjjイベントにおける2つのタギングジェット間の方位角Δϕjjの正規化された分布を分析すること。
• 有効場理論ラグランジアンを用いて、ヒッグスがゲージボソン（HVV）およびグルーオン（Hgg）と結合するCP奇数およびCP偶数の結合をモデル化し、次元5のオペレーターを含むこと。
• 信号イベントを分離するために運動量カットを適用：pTj > 30 GeV、|ηj| < 4.5、|Δηjj| > 1.0、pTℓ > 10 GeV、|ηℓ| < 2.5、ΔRjℓ > 0.7、およびmℓℓ < 75 GeV。
• トップクォークのバックグラウンドを抑制するためのbボイドを実装し、現実的なタギング効率と誤タギング率を考慮すること。
• Δϕjj分布を関数f(Δϕ) = C·(1 + A·cos²Δϕ + B·cosΔϕ)でフィットし、非対称性パラメータAをCP感受性の観測量として抽出すること。
• CP偶数とCP奇数の状況の間の統計的区別を定量化するため、有意性s = (A_S+B − A_B)/ΔA_S+Bを定義すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるHjjイベントのタギングジェット間の方位角相関は、CP偶数とCP奇数のヒッグス結合を区別できるか？
• RQ2 グルーオン融合およびベクトルボソン融合過程におけるΔϕjj分布のCP奇数ヒッグス結合に対する感受性は何か？
• RQ3 トップクォークおよびQCDプロセス由来のバックグラウンド寄与は、CP感受性のジェット相関をきれいに測定可能程度に抑制できるか？
• RQ4 Hjjイベントにおけるジェットの角度分布を用いて、CP奇数とCP偶数のHtt結合を区別する統計的有意性は何か？

主な発見

• CP奇数のHtt結合は、Δϕjj分布において180°で顕著な最大値を示すのに対し、CP偶数の結合は90°で谷を示し、明確な区別が可能である。
• 選別カットとbボイドを適用した後、信号断面積は3倍に減少するが、バックグラウンドは同等のレベルまで抑制され、30 fb⁻¹においてS/√B ≈ 18の統計的有意性が得られた。
• フィットされた非対称性パラメータAは、CP偶数のHtt結合に対してA = 0.064 ± 0.035、CP奇数に対してA = -0.157 ± 0.034であり、バックグラウンドのA_B = -0.039 ± 0.040であった。
• CP奇数とCP偶数の結合を区別する有意性はs = -3.4であり、6σの信頼水準に対応し、この手法の感受性が確認された。
• VBFおよびグルーオン融合の寄与を角度相関を用いて有効に分離できることを確認した。
• 本手法により、特に160 GeV前後におけるヒッグス-トップクォーク結合のCP性をLHCで特定可能であることが示された。