[論文レビュー] W and Z Production and Standard Model Higgs Search from the Fermilab Tevatron

A. Patwa|arXiv (Cornell University)|May 17, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブ加速器のテバトロンにおけるCDFおよびDØが、WおよびZボソンの生成断面積と電荷非対称性についての更新測定を提示するとともに、複数の崩壊チャンネルを網羅的に探索した標準模型ヒッグス粒子の検索結果を報告している。最大0.4 fb⁻¹のデータを用いて、実験はヒッグス生成断面積について95%信頼水準の上限を設定したが、2003年のヒッグス感受性研究の目標値に対してまだ2〜3倍感受性が不足しており、発見可能性に到達するためにはさらなる分析最適化とデータ統合が不可欠であることが示された。

ABSTRACT

This paper reviews recent measurements by the D0 and CDF collaborations in pbarp collisions at the Fermilab Tevatron at sqrt{s} = 1.96 TeV of W and Z boson production cross sections and asymmetries. Results from both experiments for the search of the Higgs boson predicted by the standard model in four different decay channels are also presented.

研究の動機と目的

• √s = 1.96 TeVにおけるp¯p衝突でのWおよびZボソン生成断面積と電荷非対称性の測定を通じて、標準模型の予測を検証すること。
• CDFおよびDØのデータを用いて、e⁺e⁻、eμ、μ⁺μ⁻、およびττの4つの崩壊チャンネルにおける標準模型ヒッグス粒子の探索を行うこと。
• 信号が観測されない状況下で、ヒッグス生成断面積の95%信頼水準の上限を設定し、理論的期待値との感受性を評価すること。
• 現在の実験的感受性が2003年のヒッグス感受性研究で提示された目標と比較してどの程度のギャップを示すかを評価し、分析最適化とデータ結合による到達可能性の向上路線を同定すること。

提案手法

• CDFおよびDØは、W → ℓν（ℓ = e, μ, τ）およびZ → ℓ⁺ℓ⁻（ℓ = e, μ）のレプトン的崩壊を用いてW/Z断面積を測定し、pT、η、および運動量未測定エネルギーのトリガーとオフライン選別カットを適用した。
• W → τνに対しては、CDFは孤立したエネルギークラスタとπ⁰の一致を用いてτ候補を再構築し、QCDおよびW+jets背景を抑制するためのトポロジーおよびインヴァリアント質量カットを適用した。
• ヒッグス探索は4つのチャンネル（e⁺e⁻、eμ、μ⁺μ⁻、ττ）で実施され、運動量およびトポロジー基準を最適化して信号対背景比を向上させた。
• WH → WWW(*)チャンネルでは、同符号レプトン最終状態（ee、eμ、μμ）をpT > 15 GeVおよびE_T^miss > 20 GeVで選別し、トラック品質およびトポロジーカットにより電荷反転およびQCD背景を低減した。
• レプトン識別（1–2%）、エネルギースケール（1–2%）、E_T^miss（2–3%）の系統的不確実性は、断面積および上限計算に組み込まれた。
• CDFおよびDØの組み合わせ結果は、最大360 pb⁻¹（CDF）および325 ± 21 pb⁻¹（DØ）の積分 luminosity を用い、質量関数としてのヒッグス生成断面積の95%信頼水準の上限を設定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 1.96 TeVにおけるp¯p衝突での測定されたWおよびZボソン生成断面積と電荷非対称性は何か？ また、標準模型の予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 テバトロンにおける4つの主要な崩壊チャンネル（e⁺e⁻、eμ、μ⁺μ⁻、ττ）におけるヒッグス粒子生成断面積の95%信頼水準の上限は何か？
• RQ3 現在のヒッグス粒子に対する実験的感受性は、2003年のヒッグス感受性研究で提示された目標感受性と比較してどの程度か？
• RQ4 WH → WWW(*)探索チャンネルにおける主要な背景は何か？ また、同符号レプトン最終状態でどのように抑制されているか？
• RQ5 データの統合と最適化された分析手法の組み合わせにより、現在の上限と期待される発見可能域との間の感受性ギャップを埋めることは可能か？

主な発見

• CDFおよびDØは、レプトン的崩壊モードにおけるWおよびZ生成断面積を測定し、系統的不確実性の範囲内で標準模型の予測と整合的であった。
• Z → ττチャンネルにおいて、CDFは350 pb⁻¹のデータを用い、孤立クラスタとπ⁰一致によるτ識別を実施し、504件の候補イベントを観測したが、QCD背景は37%と推定された。
• WH → WWW(*)チャンネルにおいて、DØは363–384 pb⁻¹のデータを用い、きついレプトンおよびE_T^missカットを適用した結果、1件のee、3件のeμ、2件のμμイベントを観測したが、すべて期待される背景と整合的であった。
• CDFのWH → WWW(*)チャンネルにおける単純な分析では、信号領域に信号イベントは観測されず、194 pb⁻¹のデータから合計0.95 ± 0.80件の期待背景が得られた。
• 統合されたヒッグス探索結果により、全チャンネルにおける生成断面積の95%信頼水準の上限が設定されたが、2003年のヒッグス感受性研究の目標値に対してまだ2〜3倍感受性が不足していた。
• 実験は、軽いヒッグス粒子の発見感受性に到達するためには、分析手法のさらなる最適化、チャンネルの組み合わせ、およびデータ統合（特に1 fb⁻¹のフルデータを含む）が不可欠であると結論づけた。