[論文レビュー] Higgs boson production and properties at the Tevatron

B. Tuchming|arXiv (Cornell University)|May 20, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブのテバトロンにおけるCDFおよびD0コラボレーションの最終的統合結果を提示しており、Run II全データセットを用いて標準模型ヒッグス粒子の探索を実施している。125 GeVの質量で3.0標準偏差の顕著な過剰が観測され、これはSMヒッグス生成と整合的であり、生成率、結合定数、スピン・パリティ、非可視崩壊の測定結果がすべてSMの予測と一致している。

ABSTRACT

We present the searches for the Standard Model Higgs boson, using the full Run II dataset of the Fermilab Tevatron $p\bar p$ collider, collected with the CDF and DØ detectors. A significant excess of events is observed, consistent with the presence of a Standard Model Higgs boson of mass 125 GeV. We also present tests of different spin/parity hypotheses, performed in the $VH o V b\bar b$ channels at DØ, and new searches in invisible modes conducted at CDF.

研究の動機と目的

• テバトロンp-pbar衝突機の完全なRun IIデータセットを用いて、標準模型ヒッグス粒子の探索を行う。
• VH → Vbbar崩壊チャンネルの分析を通じて、ヒッグス粒子のスピンおよびパリティを検証する。
• Z + 非可視エネルギーの印(each)を用いて、非可視ヒッグス崩壊の探索を行う。
• フェルミオンおよびベクトルボソンへのヒッグス粒子生成率と結合定数を測定し、SMの予測と比較する。
• LHC以降の測定時代への橋渡しを提供すること。

提案手法

• 対数尤度比検定を用いて、WH→ℓνbb̄、ZH→νν̄bb̄、H→WW、H→γγなどの複数のヒッグス探索チャンネルの結果を統合し、有意性を評価する。
• 信号とバックグラウンドの区別を向上させるために多変量解析（MVA）手法を採用し、単一変数手法に比べて感度を約25%向上させる。
• ジェット多重度、レプトンのフレーバー、bタグの有無に基づいてデータをサブチャンネルに分割し、信号対バックグラウンド比を最適化し、系統誤差を制御する。
• 誤ったレプトン、E/T解像度の尾部、電荷の誤測定などの機器的バックグラウンドを測定・モデル化するためのコントロールサンプルを用いる。
• VH→Vbbarイベントにおける有効中心系エネルギー（sqrt(s-hat)）分布を用いて、スピン・パリティのテストを行い、仮説（0+, 0−, 2+）を比較する。
• Z→ℓ⁺ℓ⁻ + 大きなE/Tを用いた非可視ヒッグス崩壊の専用探索を実施し、非可視運動量と二レプトン質量に基づいて信号領域を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンにおいて、125 GeVの質量を持つ標準模型ヒッグス粒子と整合するヒッグス粒子の証拠は存在するか？
• RQ2 観測されたヒッグスに類似した共鳴状態のスピンおよびパリティ量子数は何か？
• RQ3 ヒッグス粒子は非可視粒子に崩壊するか？その崩壊分岐率の上限は何か？
• RQ4 測定されたヒッグス生成率および結合定数は、標準模型の予測とどのように一致するか？
• RQ5 テバトロンのデータは、LHCによるヒッグス観測と性質の独立的確認を提供できるか？

主な発見

• 115–140 GeVの質量範囲で3.0標準偏差の過剰が観測され、125 GeVで局所有意度3.0 s.d.を示し、CDF（2.0 s.d.）およびD0（1.7 s.d.）両実験から寄与している。
• 統合されたCDF+D0結果は、95%信頼水準で質量範囲[90,109] GeVおよび[149,182] GeVにおけるSMヒッグス粒子の存在を除外する。
• VH→Vbbarの最良適合生成率はR = 1.59 ± 0.69であり、SM予測と整合的で、LHC測定（ATLAS: 0.2±0.6、CMS: 1.0±0.5）と同等の精度である。
• D0でのスピン・パリティテストでは、0+仮説が0−および2+をそれぞれ99.9%および99.5%信頼水準で支持され、0−または2+成分が67%以上、または57%以上の混合は除外される。
• 非可視ヒッグス崩壊の探索により、mH = 125 GeVで95%信頼水準の上限σ × Br > 90 fbが得られ、mH < 120 GeVの場合には100%非可視分岐率は除外される。
• 結合定数の測定結果はSMの予測と良好に一致しており、κZ = 1.05⁺⁰.⁴⁵₋⁰.⁵⁵、κW = 1.04–1.51（68% C.L.）、κf = −2.64⁺¹.⁵⁹₋¹.³⁰であり、カスティドル対称性比λWZ = 1.24⁺².³⁴₋⁰.⁴²はSMと一致している。