[論文レビュー] Updated Combination of CDF and D0 Searches for Standard Model Higgs Boson Production with up to 10.0 fb-1 of Data

The CDF Collaboration, The D Collaboration+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 38

ひとこと要約

この論文は、√s = 1.96 TeVの陽子-陽子反応における標準模型ヒッグスボソンのCDFおよびD0実験の組み合わせ検索を更新したものであり、最大10.0 fb⁻¹のデータを用いている。115–140 GeV/c²の質量範囲で局所的3.0σの過剰が報告されており、主にH → bb崩壊チャンネルに起因するが、見かけの外れ効果を考慮した後、グローバルな有意水準は2.5σである。一方、95%信頼水準で100–103 GeV/c²および147–180 GeV/c²のヒッグスボソン質量は除外されている。

ABSTRACT

We combine results from the CDF and D0 Collaborations on direct searches for the standard model (SM) Higgs boson (H) in ppbar collisions at the Fermilab Tevatron at sqrt(s)=1.96 TeV. Compared to the previous Tevatron Higgs boson search combination, more data have been included, additional channels have been incorporated, and some previously used channels have been reanalyzed to gain sensitivity. Searches are carried out for hypothesized Higgs boson masses between 100 and 200 GeV/c^2. With up to 10 fb-1 of luminosity analyzed, the 95% C.L. median expected upper limits on Higgs boson production are factors of 0.89, 1.08, and 0.48 times the values of the SM cross section for Higgs bosons of mass m_H=115 GeV/c^2, 125 GeV/c^2, and 165 GeV/c^2, respectively. In the absence of signal, we expect to exclude the regions 100

研究の動機と目的

• フェルミラブ加速器TevatronにおけるCDFおよびD0実験の結果を組み合わせることで、標準模型ヒッグスボソンの感度を向上させること。
• 増加した統計量と改良された解析手法を用いて、100–200 GeV/c²の質量範囲におけるヒッグスボソン生成の探索を更新すること。
• 115–140 GeV/c²の範囲で観測された局所的過剰の有意水準を評価し、バックグラウンドのフラクチュエーションと整合するかを検討すること。
• 特にH → bbおよびH → WW崩壊チャンネルにおいて、更新された除外限界と信号の有意水準推定値を提供すること。
• 複数の崩壊モードおよび解析サブチャンネルの結果を組み合わせることで、全体の感度と統計的パワーを向上させること。

提案手法

• H → bb、H → WW、H → ZZ、H → ττ、H → γγを含む、さまざまな崩壊チャンネルにおけるSMヒッグスボソンの直接探索結果を組み合わせる。
• 重複を避けるために、互いに排他的な最終状態（解析サブチャンネル）に基づいて信号領域を定義し、レプトン識別、欠損横断運動量、ジェット多重度、bタギングなどの選択基準を用いる。
• 信号とバックグラウンドの分離を向上させるために、ブースト決定木を用いたbタギングと、判別変数を最適化するための多変量解析手法を採用する。
• 95%信頼水準でのヒッグスボソン生成に対する期待される上限と観測された上限を計算し、中央値期待上限をSM断面積に対してスケーリングする。
• 各質量点におけるバックグラウンドのみのp値と局所的有意水準を計算し、見かけの外れ効果補正を用いてグローバル有意水準を推定する。
• 観測された過剰の原因を特定するために、H → bbおよびH → WW崩壊チャンネルごとに別々に組み合わせ分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100–200 GeV/c²の質量範囲におけるヒッグスボソン探索で観測された過剰の有意水準は何か？これはバックグラウンドのフラクチュエーションと整合するか？
• RQ2 CDFおよびD0の結果を組み合わせることで、以前のTeatotronヒッグス探索と比較して、感度がどの程度向上したか？
• RQ3 観測された過剰はどこに集中しているのか？具体的には、H → bbまたはH → WWのどちらの崩壊チャンネルが信号に最も寄与しているか？
• RQ4 更新された95%信頼水準でのヒッグスボソン質量の除外限界は何か？また、以前の結果やLHCの制約と比較するとどうなるか？
• RQ5 観測された上限と中央値期待上限を比較すると、ヒッグスボソン信号の存在について何を示唆するか？

主な発見

• mH = 120 GeV/c²で、局所的有意水準3.0標準偏差が観測され、バックグラウンドのみのp値は約1.5 × 10⁻³である。
• 見かけの外れ効果を考慮したグローバル有意水準は、約2.5標準偏差である。
• 観測された過剰は主にH → bb崩壊チャンネルに起因しており、最大の局所的有意水準は3.2標準偏差、グローバル有意水準は2.9標準偏差である。
• 組み合わせ解析により、95%信頼水準で100 < mH < 103 GeV/c²および147 < mH < 180 GeV/c²のヒッグスボソン質量範囲が除外された。
• mH = 115、125、165 GeV/c²の各質量点における中央値期待上限は、それぞれSM断面積の0.89、1.08、0.48倍である。
• H → WW崩壊チャンネルの結果は、低質量ヒッグスボソンの存在と整合的であるが、H → bbチャンネルほど信号は顕著ではない。