[論文レビュー] Combined CDF and D0 upper limits on Fermiophobic Higgs Boson Production with up to 8.2 fb-1 of ppbar data

The CDF, D Collaborations+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、√s = 1.96 TeVの陽子-陽バリオン衝突からのCDFおよびD0のデータを統合して、フェルミオンと結合しないがベクトルボソンのみと結合するフェルミオフィール的ヒッグス粒子（Hf）の探索を報告する。最大8.2 fb⁻¹の統合した光度を用いて、95%信頼水準でのHf質量の下限を119 GeV/c²に設定し、このモデルにおける軽いヒッグス粒子の存在を除外する。

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.

研究の動機と目的

• 標準模型とは異なる代替として、フェルミオンと結合せずベクトルボソンのみと結合するフェルミオフィール的ヒッグス粒子（Hf）の探索を目的とする。
• 2つの独立したテバトロン実験、CDFとD0の結果を統合することで、フェルミオフィール的ヒッグスモデルに対する制約を強化することを目的とする。
• 統合された統計的パワーと相関する系統的不確実性を活用して、Hf質量に対するより厳密な上限を設定することを目的とする。
• W⁺W⁻およびγγ最終状態への崩壊を伴う、関連生成（WHf、ZHf、およびベクトルボソン融合）モードを通じたHf探索の感度を評価することを目的とする。
• 生成および崩壊における理論的および実験的不確実性を考慮した95%信頼水準でのHf質量に対する堅牢な除外限界を提供することを目的とする。

提案手法

• √s = 1.96 TeVのp¯p衝突から得られた最大8.2 fb⁻¹の統合光度を用いて、CDFおよびD0共同研究の結果を統合する。
• WHf、ZHf、およびベクトルボソン融合（VBF）過程によるHf生成を分析し、W⁺W⁻およびγγへの崩壊モードを対象とする。
• 生成断面積にはNLOおよびNNLO QCD計算を用い、VBF過程には電弱補正を含める。
• 信号およびバックグラウンド寄与をフィットするためのベイズ的尤度法を用い、系統的不確実性の上でのプロファイル尤度関数を最大化する。
• WHfとZHf間の生成断面積の不確実性は完全に相関させ、VBFとは相関させない。一方、機器的要因に起因する不確実性は相関させない。
• 観測された限界をフェルミオフィール的ヒッグスモデルの予測に正規化し、線形補間を用いて95%信頼水準での除外閾値を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミオンと結合せずベクトルボソンのみと結合するフェルミオフィール的ヒッグス粒子（Hf）の質量に対する最も厳しい下限は何か？
• RQ2 CDFおよびD0の統合探索は、フェルミオフィール的ヒッグスモデルにおいて個別の実験と比較してどの程度感度を向上させるか？
• RQ3 生成断面積および崩壊分岐比における理論的不確実性が除外限界に与える影響は何か？
• RQ4 関連生成（WHf、ZHf、VBF）におけるHfの運動学的分布は、標準模型ヒッグスとどのように異なり、探索感度にどのような影響を及えるか？
• RQ5 CDFとD0間の相関する系統的不確実性は、Hf質量の統合限界にどの程度の影響を及えるか？

主な発見

• 統合解析により、フェルミオフィール的ヒッグス粒子の質量に対する95%信頼水準での下限が119 GeV/c²に設定された。
• 185 GeV/c²未満の大多数のHf質量において、観測された限界と期待される限界が5%以内で一致しており、高質量域では10%以内のずれを示した。
• 事前に決定されたベイズ的メソッドを用いて最終的な限界を報告したが、質量範囲全域でCLs法と整合性を示した。
• 本限界は、フェルミオフィール的ヒッグスモデルに対するこれまでで最も厳しい制限であり、119 GeV/c²未満のHf質量を除外する。
• 観測された限界関数が119 GeV/c²で1を通過しており、95%信頼水準での除外を示しており、期待される除外限界も同様の閾値に位置している。
• 生成断面積における理論的不確実性を考慮し、5 GeV/c²の質量ステップごとに補間された限界を用いることで、除外範囲における堅牢性を確保した。