[论文解读] Combined CDF and D0 upper limits on gg->H W+W- and constraints on the Higgs boson mass in fourth-generation fermion models with up to 8.2 fb-1 of data

Tevatron New Phenomena|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文结合了在 √s = 1.96 TeV 下质子-反质子对撞的 8.2 fb⁻¹ 数据，来自 CDF 和 D0 实验，对胶子融合产生并衰变为 W+W− 的 Higgs 玻色子设定了联合上限。在 95% 置信水平下，该研究排除了在包含第四代费米子场的模型中，质量介于 124 至 286 GeV 之间的标准模型类似 Higgs 玻色子的存在。

ABSTRACT

We combine results from searches by the CDF and D0 Collaborations for a standard model Higgs boson (H) in the processes gg->H->W+W- and gg->H->ZZ in p-pbar collisions at the Fermilab Tevatron Collider at sqrt(s)=1.96 TeV. With 8.2 fb-1 of integrated luminosity analyzed at CDF and 8.1 fb-1 at D0, the 95% C.L. upper limit on sigma(gg->H)xBr(H->W+W-) is 1.01 pb at m_H=120 GeV, 0.40 pb at m_H=165 GeV, and 0.47 pb at m_H=200 GeV. Assuming the presence of a fourth sequential generation of fermions with large masses, we exclude at the 95% Confidence Level a standard-model-like Higgs boson with a mass between 124 and 286 GeV.

研究动机与目标

• 通过结合 CDF 和 D0 实验的数据，改进 H→W+W− 衰变道中 Higgs 玻色子产生的约束。
• 评估第四代费米子场对 Higgs 玻色子质量排除限的影响。
• 在一系列 Higgs 质量范围内，设定 gg→H→W+W− 的截面乘以分支比的严格 95% 置信水平上限。
• 利用更新的 Tevatron 数据，检验标准模型 Higgs 玻色子与第四代费米子模型的一致性。

提出的方法

• 结合费米实验室 Tevatron 的 8.2 fb⁻¹ 积分亮度下 CDF 和 D0 合作组的结果。
• 应用统计组合技术，合并两个实验对 σ(gg→H) × Br(H→W+W−) 的观测上限。
• 利用 W+W− 最终态中的观测事例数和背景估计，计算 95% 置信水平上限。
• 假设为标准模型类似 Higgs 玻色子，并在包含重费米子的第四代费米子模型背景下评估排除限。
• 应用标准模型中胶子融合的 Higgs 产生截面预测，以在一系列 Higgs 质量下设定限制。
• 执行依赖于模型的排除分析，假设存在一个第四代费米子，其质量较大。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 m_H = 120 GeV 时，gg→H→W+W− 的联合 95% 置信水平上限对生产截面乘以分支比是多少？
• RQ2 在存在第四代费米子场的情况下，CDF 和 D0 的联合结果如何约束标准模型类似 Higgs 玻色子的质量？
• RQ3 使用联合数据集，在 m_H = 165 GeV 和 m_H = 200 GeV 时，σ(gg→H) × Br(H→W+W−) 的上限是多少？
• RQ4 包含第四代费米子模型在多大程度上改变了 Higgs 玻色子质量的排除限？

主要发现

• 在 Higgs 玻色子质量为 120 GeV 时，σ(gg→H) × Br(H→W+W−) 的 95% 置信水平上限为 1.01 pb。
• 在 165 GeV 时，上限降低至 0.40 pb，表明在较高质量区域约束更强。
• 在 200 GeV 时，上限为 0.47 pb，表明在高质质量范围内保持一致的灵敏度。
• 在引入第四代费米子场后，95% 置信水平下排除了质量在 124 至 286 GeV 之间的标准模型类似 Higgs 玻色子。
• 联合分析相比单个实验提高了灵敏度，在第四代模型背景下增强了排除范围。
• 结果对具有扩展费米子世代的模型中 Higgs 玻色子质量施加了重要约束。