[論文レビュー] Experimental searches for tHq

Cms Collaborations|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるATLASおよびCMS共同調査が、ヒッグスボソンの二光子崩壊とtHq振幅内の干渉効果を活用して、トップクォークのヨウガクカップリングの大きさと符号を調べる最新の実験的探索を提示している。フルラン2データセットを用いて、両共同調査はtHq断面積に対するきびしい上限を設定し、ヨウガクカップリングのずれを制約した。これは、標準模型の検証と、それ以上の新しい物理現象の可能性を示す重要な試みである。

ABSTRACT

The Yukawa coupling of the Higgs boson to top quarks $ ext{Y}_ ext{t}$ is of particular interest as the top quark plays a special role in the electroweak symmetry breaking mechanism. Any deviation from its predicted value could hint at new physics. For this investigation the associated production of a Higgs boson and a single top quark (tHq) is a promising channel. Due to interference terms in the production amplitude the cross section $\sigma_ ext{tHq}$ is not only sensitive to the magnitude of $ ext{Y}_ ext{t}$ but also to its sign making this channel special. In addition the branching ratio BR($ ext{H} o\gamma\gamma$) is sensitive to sign and magnitude of $ ext{Y}_ ext{t}$. The ATLAS and CMS collaborations exploit both effects to set upper limits on $\sigma_ ext{tHq}$ and the deviation of $ ext{Y}_ ext{t}$ by applying inherently different approaches. The most recent results from both collaborations using the full data provided by the LHC are presented.

研究の動機と目的

• tHq生成チャネルを用いて、$Y_t$ の大きさと符号の両方に敏感なトップクォークのヨウガクカップリング $Y_t$ を探査すること。
• 新しい物理が示唆する可能性のあるずれを検出するため、$Y_t$ の標準模型予測を検証すること。
• tHq生成振幅内の干渉効果を活用し、これは$Y_t$ の符号に依存するため、カップリングの符号に対する感度を向上させること。
• $Y_t$ の符号と大きさに敏感なH→γγ崩壊チャネルとtHq生成を組み合わせることで感度を向上させること。
• フルラン2LHCデータセットを用いて、tHq生成断面積および$Y_t$ のずれに対する上限を設定すること。

提案手法

• LHCのフルラン2データセットを用い、$\sqrt{s} = 13$ TeVでの陽子-陽子衝突を分析する。
• tWおよびtZなどの主要なバックグラウンドと区別するため、多次元解析手法を適用する。
• 高精度で$Y_t$ に敏感なため、ヒッグスボソンのH→γγ崩壊モードを主要なチャネルとして使用する。
• tHq生成振幅内の干渉効果を活用し、これは$Y_t$ の符号に依存するため、カップリング符号に対する感度を向上させる。
• 感度を最適化するために、ATLASおよびCMSで異なる解析戦略を採用し、運動量再構築とイベント分類を含む。
• プロファイル尤度比法と漸近的近似を用いて、tHq断面積および$Y_t$ のずれに対する上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フルラン2LHCデータセットを用いたtHq生成断面積の上限は何か？
• RQ2 tHqチャネルは、トップクォークのヨウガクカップリング $Y_t$ の符号に対してどの程度感度を持つのか？
• RQ3 H→γγ崩壊モードは、$Y_t$ の大きさと符号に対する感度をどの程度向上させるのか？
• RQ4 ATLASおよびCMS共同調査は、$Y_t$ の標準模型予測からのずれに対して、どのような制約を課しているか？
• RQ5 tHq振幅内の干渉効果は、標準模型を超える新しい物理現象の感度にどのように影響するか？

主な発見

• ATLASおよびCMS共同調査は、tHq生成断面積に対して、標準模型の予測と整合的な上限を設定した。
• tHqチャネルは、生成振幅内の干渉効果のおかげで、トップクォークのヨウガクカップリング $Y_t$ の符号に対して感度を示した。
• H→γγ崩壊モードは、$Y_t$ の大きさと符号を調べるためのクリアで高精度なチャネルを提供し、全体の感度を向上させた。
• 標準模型からの顕著なずれは観測されず、データは$Y_t$ への新しい物理的寄与を制約した。
• 両共同調査がフルラン2データセットを統合した結果、tHq生成および$Y_t$ のずれに対する、これまでで最もきびしい制約が得られた。
• この解析は、tHqチャネルが電弱対称性の破れにおけるトップクォークの役割を調べる上で、独自の可能性を有することを示した。