[論文レビュー] Probing the $CP$ nature of the top-Higgs Yukawa coupling in $t\bar{t}H$ and $tH$ events with $H o b\bar{b}$ decays using the ATLAS detector at the LHC

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、LHCラン2期の13 TeV陽子陽子衝突から得られた139 fb⁻¹のデータを用い、ATLAS実験で測定されたt¯tHおよびtHイベントのH → bb̄崩壊を分析することで、トップ＝ヒッグスヤヌーガ結合のCP性質を調査した。多変量解析手法とCP感受性の高い観測量を用い、CP混合角𝛼 = 11°⁺⁵²°₋₇₃°を測定した。これは、標準模型の予測値𝛼 = 0°と整合的であり、この精度水準ではトップ＝ヒッグス系における新しい物理の証拠は得られなかった。

ABSTRACT

The $CP$ properties of the coupling between the Higgs boson and the top quark are investigated with 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data recorded by the ATLAS experiment at the LHC at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=13$ TeV. The $CP$ structure of the top quark-Higgs boson Yukawa coupling is probed in events with a Higgs boson decaying into a pair of $b$-quarks and produced in association with either a pair of top quarks, $t\bar{t}H$, or a single top quark, $tH$. Events containing one or two electrons or muons are used for the measurement. In an extension of the Standard Model with a $CP$-odd admixture to the top-Higgs Yukawa coupling, the mixing angle between $CP$-even and $CP$-odd couplings is measured to be $\alpha=11\,^{\circ+52^{\circ}}_{ -73^{\circ}}$.

研究の動機と目的

• t¯tHおよびtH最終状態における直接生成を用いて、トップクォーク＝ヒッグスボソンヤヌーガ結合のCP構造を調査すること。
• CP奇性成分がトップ＝ヒッグス結合に含まれるかどうかをテストし、標準模型を超える新しい物理を示唆するものかどうかを検証すること。
• ビン化プロファイル尤度フィットを用いて、同時に𝜅′ₜとCP混合角𝛼を測定すること。
• H → bb̄崩壊チャンネルと多変量解析手法を活用し、CP違反効果に対する感度を向上させること。

提案手法

• LHCラン2期中にATLAS検出器が収集した139 fb⁻¹の13 TeV pp衝突データを用いる。
• 多変量解析手法を適用し、t¯tHおよびtHに偏った領域を抽出する。特に、1個または2個のレプトン（e/μ）を含む最終状態に焦点を当てる。
• トップ＝ヒッグス結合におけるCP偶性およびCP奇性成分を区別するためのCP感受性の高い観測量を定義する。
• ビン化プロファイル尤度フィットを実施し、同時に𝜅′ₜとCP混合角𝛼を抽出する。
• 信号およびバックグラウンド過程を詳細にモデル化し、検出器効果やジェットエネルギースケールを含む、包括的なシステムティック不確実性評価を実施する。
• H → bb̄の分岐比が標準模型の値58.2% ± 0.5%と等しいものと仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トップ＝ヒッグスヤヌーガ結合におけるCP偶性成分とCP奇性成分の間のCP混合角𝛼は何か？
• RQ2 トップ＝ヒッグス結合に非ゼロのCP奇性成分が存在する証拠はあるか？ これは、標準模型を超える新しい物理を示唆する。
• RQ3 t¯tHおよびtH生成断面積は、CP混合角𝛼にどのように依存するか？
• RQ4 H → bb̄崩壊を用いることで、トップ＝ヒッグス結合のCP構造はどの程度まで制約されるか？

主な発見

• CP混合角は𝛼 = 11°⁺⁵²°₋₇₃°として測定され、標準模型の予測値𝛼 = 0°と整合的である。
• 測定値𝛼は1σレベルで標準模型と一致しており、顕著なずれは観測されなかった。
• トップ＝ヒッグスヤヌーガ結合におけるCP奇性成分の混合は、きびしい制約を受けた。
• tH生成断面積は非ゼロ𝛼に対して非常に敏感であり、純粋なCP奇性状態では、t¯tH断面積比がSMの0.06から1.2以上に上昇する。
• カップリング強度修正係数𝜅′ₜについても制約が得られたが、主な焦点はCP構造の解明にあった。
• 現在の感度レベルでは、トップ＝ヒッグス系におけるCP違反の証拠は得られなかった。