[논문 리뷰] Combined CDF and D0 upper limits on Fermiophobic Higgs Boson Production with up to 8.2 fb-1 of ppbar data

The CDF, D Collaborations외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 10인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 √s = 1.96 TeV에서의 양성자-반양성자 충돌 데이터인 CDF와 D0의 병합 분석을 제시하며, 페르미온과는 결합하지 않고 벡터 보손과만 결합하는 페르미오파비아 Higgs 보손(Hf)을 탐색한다. 최대 8.2 fb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여, Hf 질량에 대한 95% 신뢰수준에서의 하한선을 119 GeV/c²로 설정하여 이 모델에서 더 가벼운 Higgs 보손을 배제한다.

ABSTRACT

We combine the results of searches by the CDF and D0 collaborations for a fermiophobic Higgs boson (H_f) produced via the processes WH_f, ZH_f, and vector-boson fusion in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV at the Fermilab Tevatron collider. The analyses seek Higgs boson decays to W^+W^- and gamma gamma. With up to 8.2 fb-1 of integrated luminosity analyzed at CDF and up to 8.2 fb-1 at D0, we obtain a 95% CL lower bound on the mass of the Higgs boson in the fermiophobic Higgs model of 119 GeV/c^2.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 외의 대안으로서, 페르미온과는 결합하지 않고 오직 벡터 보손과만 결합하는 페르미오파비아 Higgs 보손(Hf)을 탐색하기 위해.
• 두 개의 독립된 테바트론 실험인 CDF와 D0의 결과를 병합하여 페르미오파비아 Higgs 모델에 대한 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 통계적 능력과 상관된 시스템적 불확실성을 활용하여 Hf 질량에 대한 더 엄격한 상한선을 설정하기 위해.
• W⁺W⁻ 및 γγ 최종 상태로 붕괴하는 연관 생성 모드인 WHf, ZHf, 및 벡터 보손 융합 생성 방식을 통한 Hf 탐색 감도를 평가하기 위해.
• 생산 및 붕괴 과정의 이론적 및 실험적 불확실성을 고려하여, Hf 질량에 대한 95% 신뢰수준에서 강력한 배제 한계를 제공하기 위해.

제안 방법

• √s = 1.96 TeV에서의 p¯p 충돌로부터 최대 8.2 fb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 CDF 및 D0 협력의 결과를 병합한다.
• W⁺W⁻ 및 γγ 최종 상태로 붕괴하는 WHf, ZHf, 및 벡터 보손 융합(VBF) 과정을 통한 Hf 생성를 분석한다.
• 생산 단면적에 대해 NLO 및 NNLO QCD 계산을 사용하며, VBF 과정에는 전자기교정을 포함한다.
• 신호 및 배경 기여도를 피팅하기 위해 베이지안 우도 방법을 사용하며, 시스템적 불확실성에 대해 최대화된 프로파일 우도 함수를 최적화한다.
• WHf 및 ZHf 간의 생산 단면적 불확실성을 완전히 상관관계 있게 간주하고, VBF와는 상관관계 없이 처리하며, 기기 효과는 상관관계 없이 간주한다.
• 관측된 한계를 페르미오파비아 Higgs 모델 예측에 정규화하고, 선형 보간을 통해 95% 신뢰수준 배제 임계값을 결정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미온과는 결합하지 않고 오직 벡터 보손과만 결합하는 페르미오파비아 Higgs 보손(Hf)의 질량에 대해 가장 엄격한 하한선은 무엇인가?
• RQ2 CDF와 D0의 병합 탐색 결과는 개별 실험에 비해 페르미오파비아 Higgs 모델에서 감도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 생산 단면적 및 붕괴 분획 비율의 이론적 불확실성은 배제 한계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 연관 생성 모드인 WHf, ZHf, VBF에서의 Hf 운동량 분포는 표준모형 Higgs와 어떻게 다를 수 있으며, 이는 탐색 감도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 CDF와 D0 간의 상관된 시스템적 불확실성은 Hf 질량에 대한 병합 한계에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 병합 분석는 페르미오파비아 Higgs 보손의 질량에 대해 95% 신뢰수준에서 하한선을 119 GeV/c²로 설정하였다.
• 185 GeV/c² 이하의 대부분의 Hf 질량에서 관측된 한계와 기대되는 한계가 5% 이내로 일치하며, 높은 질량에서는 최대 10% 이내의 편차를 보였다.
• 베이지안 방법은 사전에 결정되었으며 최종 한계를 보고하는 데 사용되었으며, 질량 범위 전반에서 CLs 방법과 일치하는 결과를 보였다.
• 이 연구는 페르미오파비아 Higgs 모델에 대해 현재까지 가장 엄격한 제한을 제공하며, 119 GeV/c² 이하의 Hf 질량을 배제한다.
• 관측된 한계 함수는 119 GeV/c²에서 1을 초과하여 95% 신뢰수준에서의 배제를 나타내며, 기대되는 배제도 동일한 임계값에서 발생한다.
• 생산 단면적의 이론적 불확실성을 고려하였고, 5 GeV/c² 질량 간격으로 보간된 한계를 사용하여 배제 범위의 강건성을 확보하였다.