[论文解读] Combined CDF and Dzero Upper Limits on Standard Model Higgs-Boson Production

Tevatron New Phenomena, group, Higgs Working|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 7

一句话总结

本文结合了费米实验室 Tevatron 对 CDF 和 DØ 实验的分析，分别使用了 1.0–1.9 fb⁻¹ 和 0.9–1.7 fb⁻¹ 的数据，对标准模型 Higgs 玻色子的产生设定了 95% 置信水平的上限。联合分析提高了灵敏度，在 mH = 115 (160) GeV/c² 时，观测到的上限分别为标准模型截面的 6.2× (1.4×)，显著优于单个实验的结果。

ABSTRACT

We combine results from CDF and D0 searches for a standard model Higgs boson (H) in ppbar collisions at the Fermilab Tevatron at sqrt{s}=1.96 TeV. With 1.0-1.9 fb-1 of data collected at CDF, and 0.9-1.7 fb-1 at D0, the 95% C.L. upper limits on Higgs production are a factor of 6.2 (1.4) higher than the SM cross section for a Higgs mass of m_Higgs = 115 (160) GeV/c^2. Based on simulation, the median expected upper limit is 4.3 (1.9). These results extend significantly the individual limits of each experiment.

研究动机与目标

• 通过结合 Tevatron 上 CDF 和 DØ 实验的结果，提高对标准模型 Higgs 玻色子产生的灵敏度。
• 通过合并多个衰变道和分析，设定更严格的 Higgs 玻色子产生截面 95% 置信水平上限。
• 通过在 19 个相互排斥的末态中一致地组合独立搜索结果，减少不确定性和增强统计功效。
• 在 LHC 时代之前，利用 √s = 1.96 TeV 的 p¯p 碰撞数据，为 Higgs 玻色子排除限制度提供基准。

提出的方法

• 该分析结合了 CDF 和 DØ 的 19 个相互排斥的末态，包括 WH→ℓνbb̄、ZH→νν̄bb̄、ZH→ℓ⁺ℓ⁻bb̄、H→WW 和 WH→WWW，覆盖不同 Higgs 质量。
• 对于每个末态，使用蒙特卡罗模拟（PYTHIA、CTEQ5L、HDECAY）对信号和背景分布进行建模，并归一化至 NNLO 标准模型截面。
• 最终判别变量包括神经网络输出、二喷胶子对质量以及基于矩阵元概率构建的似然比，以区分信号与背景。
• 系统误差在多个来源中进行评估，包括触发效率、轻子识别、归一化和仪器效应，并进行了详细的误差传播。
• 联合使用轮廓对数似然比（LLR）方法，计算相对于标准模型预测的 σ × BR(H→X) 的观测和预期上限。
• 最终限制度通过将观测数据分布与仅背景假设和信号加背景假设进行比较得出，预期灵敏度通过仅背景 LLR 分布的中位数估算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √s = 1.96 TeV 的 p¯p 碰撞中，CDF 和 DØ 对标准模型 Higgs 玻色子产生的联合灵敏度如何？
• RQ2 在 110–200 GeV/c² 的质量范围内，Higgs 产生截面的观测上限与标准模型预测相比如何？
• RQ3 与单个实验相比，CDF 和 DØ 结果的联合分析在预期和观测上限方面改善了多少？
• RQ4 探测器效应和背景建模带来的系统误差如何影响最终限制度？
• RQ5 在无信号的情况下，联合分析的预期灵敏度如何？以中位数预期上限量化。

主要发现

• 在 mH = 115 GeV/c² 时，Higgs 产生截面的观测 95% C.L. 上限为标准模型预测的 6.2 倍，而中位数预期值为 4.3 倍。
• 在 mH = 160 GeV/c² 时，观测上限为标准模型截面的 1.4 倍，中位数预期上限为 1.9 倍。
• 与单个实验相比，联合分析使预期灵敏度提高了约 40%；CDF 和 DØ 单独在 mH = 115 GeV/c² 时的观测上限分别为 9.6 和 6.4。
• 在低质量区（mH ≤ 150 GeV/c²）改善最为显著，WH/ZH → bb̄ 通道主导了灵敏度。
• 在 mH = 180 GeV/c² 时，观测上限为标准模型截面的 2.2 倍，中位数预期上限为 2.9 倍。
• 联合分析的灵敏度优于任一实验单独结果，mH = 115 GeV/c² 时的观测上限为 6.2× SM，而 DØ 和 CDF 单独分别为 6.4× 和 9.6×。