[论文解读] Constraints on Higgs boson properties using $WW^{*}( ightarrow e u \mu u )jj$ production in $36.1\,\mathrm{fb}^{-1}$ of $\sqrt{s}=13$ TeV pp collisions with the ATLAS detector

G. Aad, B. Abbott+2890 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 75被引用 1

一句话总结

本论文利用大型强子对撞机（LHC）ATLAS实验在√s = 13 TeV下收集的36.1 fb⁻¹质子-质子碰撞数据，对希格斯玻色子的性质施加了约束，重点关注胶子-胶子融合和矢量玻色子融合两种产生机制。通过角分布和对W与Z玻色子的极化依赖耦合，测量了希格斯-胶子耦合的CP性质，结果与标准模型一致，包括tan(𝛼) = 0.0 ± 0.4（统计）± 0.3（系统）以及耦合尺度因子𝑎L = 0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸和𝑎T = 1.2 ± 0.4（统计）± 0.2₋₀.³（系统）。

ABSTRACT

This article presents the results of two studies of Higgs boson properties using the $WW^*( ightarrow e u\mu u)jj$ final state, based on a dataset corresponding to 36.1/fb of $\sqrt{s}$=13 TeV proton-proton collisions recorded by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. The first study targets Higgs boson production via gluon-gluon fusion and constrains the CP properties of the effective Higgs-gluon interaction. Using angular distributions and the overall rate, a value of $ an(\alpha) = 0.0 \pm 0.4$ stat. $ \pm \,0.3$ syst is obtained for the tangent of the mixing angle for CP-even and CP-odd contributions. The second study exploits the vector-boson fusion production mechanism to probe the Higgs boson couplings to longitudinally and transversely polarised $W$ and $Z$ bosons in both the production and the decay of the Higgs boson; these couplings have not been directly constrained previously. The polarisation-dependent coupling-strength scale factors are defined as the ratios of the measured polarisation-dependent coupling strengths to those predicted by the Standard Model, and are determined using rate and kinematic information to be $a_L=0.91^{+0.10}_{-0.18}$(stat.)$^{+0.09}_{-0.17}$(syst.) and $a_{T}=1.2 \pm 0.4 $(stat.)$ ^{+0.2}_{-0.3} $(syst.). These coupling strengths are translated into pseudo-observables, resulting in $\kappa_{VV}= 0.91^{+0.10}_{-0.18}$(stat.)$^{+0.09}_{-0.17}$(syst.) and $\epsilon_{VV} =0.13^{+0.28}_{-0.20}$ (stat.)$^{+0.08}_{-0.10}$(syst.). All results are consistent with the Standard Model predictions.

研究动机与目标

• 利用角分布和事例率，探测胶子-胶子融合产生机制中有效希格斯-胶子耦合的CP性质。
• 在矢量玻色子融合产生机制中，约束希格斯玻色子对纵向极化和横向极化W与Z玻色子的极化依赖耦合。
• 通过WW*→eνμνjj末态中的运动学量和事例率测量，检验希格斯玻色子耦合是否偏离标准模型。
• 通过希格斯-胶子相互作用中CP偶极和CP奇贡献的干涉效应，提高对新物理的探测灵敏度。

提出的方法

• 使用大型强子对撞机（LHC）ATLAS探测器在√s = 13 TeV下收集的36.1 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 将两个最亮喷胶之间的有符号方位角差ΔΦjj作为关键运动学变量，用于探测CP敏感分布。
• 应用多变量分析技术，分离H+2喷胶末态中的信号与背景。
• 对事例率和运动学分布进行联合拟合，以提取耦合尺度因子和伪可观测量。
• 将极化依赖的耦合尺度因子𝑎L和𝑎T定义为实测值与标准模型预测值的比值。
• 将耦合尺度因子转换为伪可观测量𝜅𝑉𝑉和𝜖𝑉𝑉，以便与标准模型预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 CP偶极和CP奇贡献之间的干涉如何约束有效希格斯-胶子耦合的CP性质？
• RQ2 在矢量玻色子融合产生机制中，希格斯玻色子对纵向极化和横向极化W与Z玻色子的耦合与标准模型预期相比如何？
• RQ3 希格斯玻色子对胶子的耦合是否可能表现出CP奇分量？对混合角tan(𝛼)的限制是什么？
• RQ4 希格斯玻色子产生和衰变过程中的极化依赖耦合强度是多少？与标准模型预测相比如何？
• RQ5 在实验不确定度范围内，实测的耦合尺度因子和伪可观测量是否偏离标准模型？

主要发现

• 希格斯-胶子耦合中CP偶极与CP奇贡献的混合角测量结果为tan(𝛼) = 0.0 ± 0.4（统计）± 0.3（系统），与CP守恒相互作用一致。
• 纵向极化W玻色子的耦合尺度因子为𝑎L = 0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸（统计）+⁰.⁰⁹₋₀.¹⁷（系统），与标准模型的1值一致。
• 横向极化W玻色子的耦合尺度因子为𝑎T = 1.2 ± 0.4（统计）+⁰.²₋₀.³（系统），同样与标准模型一致。
• 矢量玻色子耦合的伪可观测量𝜅𝑉𝑉测量结果为0.91⁺⁰.¹⁰₋₀.¹⁸（统计）+⁰.⁰⁹₋₀.¹⁷（系统），与标准模型预测的1一致。
• 伪可观测量𝜖𝑉𝑉测量结果为0.13⁺⁰.²⁸₋₀.²⁰（统计）+⁰.⁰⁸₋₀.¹⁰（系统），与标准模型中预期的零值一致。
• 所有结果均与标准模型预测一致，CP性质和极化依赖耦合中均未发现新物理的显著证据。