[论文解读] Measurement of simplified template cross sections of the Higgs boson produced in association with W or Z bosons in the H $ o$ $\mathrm{b\bar{b}}$ decay channel in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

A. Tumasyan, Wolfgang Adam+2332 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 69被引用 2

一句话总结

本论文利用2016至2018年期间CMS实验收集的√s = 13 TeV下138 fb⁻¹的质子-质子碰撞数据，对顶夸克衰变至底夸克的Higgs玻色子与W或Z玻色子联合产生过程进行了简化模板截面（STXS）的测量。总信号强度测量结果为µ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰，对应6.3σ的观测显著性，与标准模型预测一致。

ABSTRACT

Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons (W, Z) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b-tagged jets, or from single large distance parameter jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2016-2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$, are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be $\mu$ = 1.15$^{+0.22}_{-0.20}$. This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations.

研究动机与目标

• 利用简化模板截面（STXS）框架，测量Higgs玻色子与W或Z玻色子（VH）联合产生并衰变为底夸克的微分截面。
• 利用2016–2018年LHC的完整数据，以模型无关的方式探测VH产生过程的动力学性质。
• 通过包含对高boost状态Higgs玻色子的专用分类，提升对VH产生过程的探测灵敏度。
• 在主要的H → bb衰变道中，检验观测到的Higgs玻色子耦合与标准模型预测的相容性。

提出的方法

• 分析利用W和Z玻色子的轻子衰变（0-、1-或2轻子末态）来识别VH产生事例。
• Higgs玻色子候选事例通过两个解析的b夸克喷流或一个包含两个b夸克衰变产物的单个大半径喷流进行重建。
• 测量在STXS框架内进行，以减少理论不确定性，并实现与理论预测的直接比较。
• 事例选择基于触发要求、对象重建（喷流、轻子、缺失横向动量），并根据矢量玻色子的pT和喷流多重性对事例进行分立相空间区域的分类。
• 对关键系统不确定度（包括喷流能量标度、b夸克标记效率和亮度）进行了评估，并完整传播至信号强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在H → bb衰变道中，观测到的与W或Z玻色子联合产生的Higgs玻色子产生率是否与标准模型预测一致？
• RQ2 VH产生过程的动力学性质，特别是高pT和高boost拓扑结构，与标准模型预期相比如何？
• RQ3 将大半径喷流重建方法纳入分析后，对H → bb道中VH产生的探测灵敏度提升程度如何？
• RQ4 在H → bb道中，对总VH产生过程的测量信号强度是多少？其与标准模型预期的比较结果如何？

主要发现

• 在H → bb衰变道中，VH产生过程的总信号强度测量结果为µ = 1.15⁺⁰.²²₋₀.²⁰，表明与标准模型预测高度一致。
• 该信号的观测显著性为6.3个标准差，超过5σ的发现阈值。
• 在标准模型假设下的预期显著性为5.6个标准差，表明与标准模型具有强一致性。
• 测量中包含了对以大半径喷流重建的高boost Higgs玻色子的专用分类，显著提升了高pT区域的探测灵敏度。
• 该结果与以往CMS测量结果一致，并与ATLAS合作组在相同道中进行的STXS测量结果一致，后者测得µ = 1.02⁺⁰.¹⁸₋₀.¹⁷。
• 分析使用了2016–2018年期间138 fb⁻¹的积分亮度，是该道目前最大的数据集，使得高精度STXS测量成为可能。