[논문 리뷰] Measurement of simplified template cross sections of the Higgs boson produced in association with W or Z bosons in the H $ o$ $\mathrm{b\bar{b}}$ decay channel in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

A. Tumasyan, Wolfgang Adam외 2332명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 69인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 2016~2018년 동안 CMS 실험에서 확보한 √s = 13 TeV에서의 138 fb⁻¹의 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여, 힉스 보손이 W 또는 Z 보손과 함께 생성되고, 바텀 쿼크로 붕괴하는 경우의 단순화된 템플릿 횡단면(STXS)을 측정한다. 포함 신호 강도는 µ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰로 측정되었으며, 이는 6.3σ의 관측된 유의성과 일치하며, 표준모형 예측과 일치한다.

ABSTRACT

Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons (W, Z) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b-tagged jets, or from single large distance parameter jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2016-2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$, are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be $\mu$ = 1.15$^{+0.22}_{-0.20}$. This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations.

연구 동기 및 목표

• 단순화된 템플릿 횡단면(STXS) 프레임워크를 사용하여, W 또는 Z 보손과 함께 생성되고 바텀 쿼크로 붕괴하는 힉스 보손의 미분 횡단면을 측정한다.
• 2016~2018년 전체 LHC 데이터를 활용하여, 모형에 종속되지 않은 방식으로 VH 생성의 운동학적 성질을 탐색한다.
• 큰 반경의 제트로 재구성된 매우 빠른 힉스 보손을 위한 전용 카테고리 포함으로 감도를 향상시킨다.
• 주로 H → bb 붕괴 채널에서 관측된 힉스 보손 결합이 표준모형 예측과 일치하는지 테스트한다.

제안 방법

• 분석은 W 및 Z 보손의 렙톤 붕괴(0-, 1-, 또는 2-렙톤 최종 상태)를 사용하여 VH 생성 사건을 식별한다.
• 힉스 보손 후보자는 두 개의 분리된 b-태그가 부여된 제트 또는 두 개의 b-쿼크 붕괴 생성물을 포함하는 단일 큰 반경 제트로부터 재구성된다.
• 이론적 불확실성을 줄이고 이론 예측과 직접 비교할 수 있도록, 측정는 STXS 프레임워크 내에서 수행된다.
• 사건 선택은 트리거 요구 조건, 물체 재구성(제트, 렙톤, 미량 운동량), 및 벡터 보손의 pT와 제트 다중도에 따라 정의된 상호배타적인 단계공간 영역으로 나뉜다.
• 주요 원인인 제트 에너지 스케일, b-태그 효율성, 루미너시에 대한 체계적 불확실성을 평가하고, 이를 신호 강도에 전반적으로 전파한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 W 또는 Z 보손과 함께 생성된 힉스 보손의 생성률이 H → bb 붕괴 채널에서 표준모형 예측과 일치하는가?
• RQ2 특히 고pT 및 부스팅된 토폴로지에서 VH 생성의 운동학적 성질은 표준모형 기대치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 큰 반경 제트 재구성의 포함이 H → bb 채널에서 VH 생성에 대한 감도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ4 H → bb 붕괴를 위한 포함된 VH 생성의 측정된 신호 강도는 얼마이며, 표준모형 기대치와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• H → bb 붕괴를 포함한 VH 생성의 포함 신호 강도는 µ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰로 측정되었으며, 표준모형 예측과 양호한 일치를 보였다.
• 신호의 관측된 유의성은 6.3 표준편차로, 발견 기준인 5σ를 초과하였다.
• 표준모형 가정 하에서의 기대 유의성은 5.6 표준편차였으며, 이는 표준모형과 강한 일치를 나타냈다.
• 고pT 영역에서 감도를 향상시키기 위해, 큰 반경 제트로 재구성된 부스팅된 힉스 보손을 위한 전용 카테고리가 포함되었다.
• 결과는 이전 CMS 측정치와 일치하며, 동일한 채널에서 µ = 1.02⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷를 측정한 ATLAS 협업 측정치와도 일치한다.
• 분석은 2016~2018년 동안 확보한 138 fb⁻¹의 통합 루미너시를 사용하였으며, 이는 이 채널에서 현재까지 가장 큰 데이터셋으로, 고정밀 STXS 측정을 가능하게 하였다.