[論文レビュー] Search for ZH to llbb production in 4.2 fb^-1 of ppbar collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV

D0 Collaboration, V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブのD0検出器を用いて、√s = 1.96 TeVの陽子-陽子衝突で得られた4.2 fb⁻¹のデータにおいて、ZH → ℓ⁺ℓ⁻b̄b崩壊チャンネルを介したヒッグス粒子の生成を探索するものである。多変量解析と運動量フィッティングを用いて、115 GeV未満の質量における標準模型ヒッグス粒子の存在を95%信頼水準で排他し、有意な信号は観測されなかった。

ABSTRACT

We present a search for the standard model Higgs boson produced in association with a Z boson in 4.2 fb^-1 of p-pbar collisions, collected with the D0 detector at the Fermilab Tevatron at sqrt(s) = 1.96 TeV. Selected events contain one reconstructed Z to llbb candidate and at least two jets, including at least one b-tagged jet. In the absence of an excess over the background expected from other standard model processes, limits on the ZH cross section multiplied by the branching ratios are set. The limit at M_H = 115 GeV is a factor of 5.9 larger than the standard model prediction.

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるZH → ℓ⁺ℓ⁻b̄b崩壊チャンネルでのヒッグス粒子の探索を目的とする。
• 高インテンシティデータセットを用いて、150 GeV未満の質量範囲における標準模型ヒッグス粒子の探査を目的とする。
• 有意な信号が観測されない状況において、ZH生成断面積の上限を設定することを目的とする。
• 高次の多変量技術と運動量フィッティングを適用し、レアなヒッグス崩壊シグナルの感度を向上させることを目的とする。
• バックグラウンドモデル化と系統的不確実性の評価を通じて、解析の堅牢性を検証することを目的とする。

提案手法

• 解析は、D0検出器が収集した√s = 1.96 TeVの陽子-陽子衝突データ4.2 fb⁻¹を用いる。
• 二つの電荷が反対のレプトン（e⁺e⁻、μ⁺μ⁻）と二つのジェットが、bクォークジェットに一致するようにイベントが選別される。
• Zおよびヒッグス粒子の質量仮説に基づき、最終状態粒子の4元運動量を制約するために運動量フィッティングが適用される。
• 運動量およびトポロジカル変数を用いて、信号とバックグラウンドを区別するため、ブーストドリップツリー（BDT）およびランダムフォレスト（RF）分類器がトレーニングされる。
• 同一符号および逆符号レプトン最終状態の別々の解析を実施するにあたり、ジレプトンおよびジジェットのインヴァリアント質量分布に基づいて信号領域が定義される。
• 制御サンプルおよびモンテカルロシミュレーションを用いて、バックグラウンド寄与はDrell-Yan、t̄t、二ボソン、マルチジェット事象から評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンにおいて、ZH → ℓ⁺ℓ⁻b̄b崩壊チャンネルでのヒッグス粒子生成の証拠は存在するか？
• RQ2 150 GeV未満のヒッグス粒子質量におけるZH生成断面積の上限は何か？
• RQ3 高バックグラウンド環境下で、多変量技術は、まれなヒッグス崩壊モードの感度をどの程度向上させるか？
• RQ4 信号領域における標準模型バックグラウンド予測からの任意の偏差の有意性は何か？
• RQ5 運動量フィッティングとジェットフラバー識別は、解析における信号対バックグラウンド比をどのように改善するか？

主な発見

• 解析された最終状態および質量範囲のすべてにおいて、標準模型バックグラウンドを超える有意な過剰は観測されなかった。
• ヒッグス質量が115 GeV未満の場合、観測された95%信頼水準でのZH生成断面積×分岐比の上限は、標準模型予測の100倍に設定された。
• ヒッグス質量が100〜150 GeVの間では、最終状態および質量点に応じて、観測された上限は20〜100倍の標準模型断面積の範囲にあった。
• 期待される上限はバックグラウンドのみの仮説と整合しており、プロファイル尤度比（LLR）スキャンにおいても有意なずれは観測されなかった。
• MH = 115 GeVにおいて、感度上限は約100×σ_SMに達しており、特にeeおよびμμ最終状態で最も強い制約が得られた。
• 運動量フィッティングと多変量解析の適用により、特に高質量領域で信号対バックグラウンド比が向上したが、信号は観測されなかった。