[論文レビュー] Measurement of simplified template cross sections of the Higgs boson produced in association with W or Z bosons in the H $ o$ $\mathrm{b\bar{b}}$ decay channel in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

A. Tumasyan, Wolfgang Adam+2332 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 69被引用数 2

ひとこと要約

本論文では、2016年から2018年にかけてCMS実験が収集した√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突データ138 fb⁻¹を用いて、ヒッグスボソンがWまたはZボソンと関連して生成され、bottomクォークに崩壊する場合の簡略化されたテンプレート断面積（STXS）の測定が行われる。包含的信号強度はµ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰として測定され、観測された有意水準は6.3σに達し、標準模型の予測と整合的である。

ABSTRACT

Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons (W, Z) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b-tagged jets, or from single large distance parameter jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2016-2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$, are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be $\mu$ = 1.15$^{+0.22}_{-0.20}$. This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations.

研究の動機と目的

• ヒッグスボソンがWまたはZボソンと関連して生成され、bクォークに崩壊する過程（VH）の微分断面積を、簡略化されたテンプレート断面積（STXS）フレームワークを用いて測定すること。
• 2016年から2018年の全LHCデータを用いて、モデルに依存しない方法でVH生成の運動論的性質を調査すること。
• 大径径のジャケットとして再構築された非常にブーストされたヒッグスボソンを専用のカテゴリに含めることで感度を向上させること。
• 主にH → bb崩壊チャンネルにおける観測されたヒッグスボソン結合定数が、標準模型の予測と整合的かどうかを検証すること。

提案手法

• WおよびZボソンのレプトン崩壊（0-、1-、または2レプトン最終状態）を用いて、VH生成イベントを同定する。
• ヒッグスボソンの候補は、2つの分解されたbタグ付きジェットから、または2つのbクォーク崩壊生成物を含む1つの大径径ジェットから再構築する。
• 理論的不確実性を低減し、理論的予測との直接比較を可能にするために、STXSフレームワーク内で測定を実施する。
• トリガー要件、オブジェクト再構築（ジェット、レプトン、欠落運動量）およびベクトルボソンpTとジェット多重度に基づく排他的な位相空間領域へのカテゴリ化に基づいて、イベント選別を行う。
• ジェットエネルギースケール、bタグ効率、およびランプセンシティを含む主要な系統的不確実性を評価し、信号強度に完全に伝搬させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたWまたはZボソンと関連したヒッグスボソン生成率は、H → bb崩壊チャンネルにおいて標準模型の予測と整合的か？
• RQ2 特に高pTおよびブーストトポロジーにおけるVH生成の運動論的性質は、SMの予測とどのように比較されるか？
• RQ3 大径径ジェット再構築を組み込むことで、H → bbチャンネルにおけるVH生成への感度はどの程度向上するか？
• RQ4 H → bbの包含的VH生成の測定された信号強度は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？

主な発見

• H → bb崩壊を伴うVH生成の包含的信号強度はµ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰として測定され、標準模型の予測と良好に一致している。
• 信号の観測された有意水準は6.3標準偏差に達し、発見の閾値である5σを超えている。
• 標準模型仮説下での予想される有意水準は5.6標準偏差であり、SMと強い一貫性を示している。
• 高pT領域における感度を高めるために、大径径ジェットとして再構築されたブーストヒッグスボソンを専用カテゴリに含めた。
• この結果は、以前のCMSの測定と整合的であり、ATLAS共同研究の同様のチャンネルにおけるSTXS測定（µ = 1.02⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷）とも一致している。
• 本分析では、2016年から2018年の間の統合した138 fb⁻¹のデータ量を用い、このチャンネルにおいてはこれまでで最大のデータセットであり、高精度なSTXS測定を可能にしている。