[論文レビュー] Multi-Lepton Signals of Top-Higgs Associated Production

Nathaniel Craig, Michael Park+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるトップ＝ヒッグス関連生成（t\bar{t}H）を調べるため、非共鳴状態の多レプトン最終状態にb-taggingを組み合わせることを提案している。ヒッグス粒子のτ⁺τ⁻およびWW*への崩壊に加え、レプトン的トップ崩壊を利用する。CMSの多レプトンおよび同符号二レプトン探索を組み合わせることで、8 TeVデータの20 fb⁻¹において、標準模型率の5.0倍未満の期待感度に達することが示された。これは、既存の4bおよびbbγγチャネルと同等の性能を示す。

ABSTRACT

We evaluate the potential to measure ttbar H associated production at the LHC using non-resonant multi-lepton final states in conjunction with two or more b-tags. The multi-lepton ttbar H signal arises predominantly from H to tau tau and H to WW^* alongside the semi-leptonic or fully leptonic decay of the ttbar pair. We demonstrate the power of a multi-lepton search for ttbar H associated production by recasting the CMS b-tagged multi-lepton search with 19.5 fb^-1 of 8 TeV data to obtain an observed (expected) limit of 4.7 (6.6) times the Standard Model rate, comparable to ongoing searches in 4b and bb gamma gamma final states. Sensitivity can be further improved by the addition of exclusive channels involving same-sign dileptons. We recast the CMS b-tagged same-sign dilepton search with 10.5 fb^-1 of 8 TeV data to set limits on ttbar H associated production, and approximately combine the two searches by calculating the fraction of same-sign dilepton signal events which do not satisfy multi-lepton selection criteria. We estimate an expected total non-resonant leptonic reach of mu < 5.0 times the Standard Model rate in 20 fb^-1 of 8 TeV data, with improvements possible.

研究の動機と目的

• LHCにおけるt\bar{t}H関連生成を調べるため、非共鳴状態の多レプトン最終状態にb-taggingを用いる可能性を検討すること。
• 多レプトンおよび同符号二レプトンチャネルを組み合わせることで、既存の4bおよびbbγγ最終状態を上回る感度を向上させること。
• ループにおける新しい物理の干渉を受けることなく、b quarkのヤウカワ結合に依存しない、トップヤウカワ結合の独立した測定を提供すること。
• 再解釈されたCMSデータと排他的な信号領域の組み合わせを用いて、8 TeV LHCにおけるt\bar{t}Hの期待感度を推定すること。

提案手法

• 19.5 fb⁻¹の8 TeV多レプトン探索を再解釈し、t\bar{t}H生成に対する制限を設定する。
• 10.5 fb⁻¹の8 TeV同符号二レプトン探索を再解釈し、排他的チャネルからの追加感度を推定する。
• 同符号二レプトン信号イベントのうち、多レプトン選択基準と排他的な部分の割合を近似し、重複カウントを避けるために探索を組み合わせる。
• 信号およびバックグラウンドの期待値を20 fb⁻¹にスケーリングし、バックグラウンドの不確実性を慎重にモデル化することで、予想される感度を推定する。
• 同符号二レプトンチャネルにおいて排他的な信号重み付けとS_Tビン分割を用いることで、包括的限界を超える感度を向上させる。
• 多レプトンおよび同符号二レプトン最終状態の結果を組み合わせ、t\bar{t}Hの非共鳴状態レプトン的探査の総合的感度を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非共鳴状態の多レプトン最終状態にb-taggingを組み合わせることで、既存の4bおよびbbγγチャネルと同等の感度をt\bar{t}H生成に対して達成できるか？
• RQ2 同符号二レプトンチャネルは、既存の多レプトン選択基準を上回る感度をどの程度向上させられるか？
• RQ3 多レプトンおよび排他的な同符号二レプトン最終状態を組み合わせた場合、8 TeV LHCにおけるt\bar{t}H生成に対する期待感度はどの程度か？
• RQ4 提案された手法は、どのようにしてb quarkのヤウカワ結合やループ誘導過程に依存する測定とは異なる、トップヤウカワ結合の独立した測定を可能にするか？

主な発見

• 19.5 fb⁻¹の8 TeVデータを用いた再解釈されたCMS多レプトン探索では、t\bar{t}H生成に対して観測限界（期待限界）が標準模型率の4.7（6.6）倍未満となった。
• 排他的な同符号二レプトンチャネルを含めることで感度が向上し、推定された観測限界（期待限界）は3.8（5.2）倍のSM率となった。
• 20 fb⁻¹の8 TeVデータに外挿した結果、組み合わせた期待感度は標準模型率の5.0倍未満に達し、4bおよびbbγγ最終状態と同等の性能を示した。
• この手法により、b quarkのヤウカワ結合およびループ誘導寄与の不確実性に影響されない、トップヤウカワ結合の独立した測定が可能となった。
• 同符号二レプトン最終状態を排他的なS_Tビンに分割することで感度をさらに向上させられ、さらに高い光度でバックグラウンド系の不確実性を低減できる。