[论文解读] Multi-Lepton Signals of Top-Higgs Associated Production

Nathaniel Craig, Michael Park+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 3

一句话总结

本文提出利用非共振多轻子末态结合b夸克喷流标记，探测大型强子对撞机（LHC）上的顶-希格斯关联产生过程（t\bar{t}H），结合希格斯玻色子衰变为τ⁺τ⁻和WW*，以及轻子型顶夸克衰变。研究表明，结合CMS多轻子与同号二轻子搜索，可在8 TeV下20 fb⁻¹数据中实现预期灵敏度μ < 5.0倍标准模型速率，与成熟的4b和bbγγ通道相当。

ABSTRACT

We evaluate the potential to measure ttbar H associated production at the LHC using non-resonant multi-lepton final states in conjunction with two or more b-tags. The multi-lepton ttbar H signal arises predominantly from H to tau tau and H to WW^* alongside the semi-leptonic or fully leptonic decay of the ttbar pair. We demonstrate the power of a multi-lepton search for ttbar H associated production by recasting the CMS b-tagged multi-lepton search with 19.5 fb^-1 of 8 TeV data to obtain an observed (expected) limit of 4.7 (6.6) times the Standard Model rate, comparable to ongoing searches in 4b and bb gamma gamma final states. Sensitivity can be further improved by the addition of exclusive channels involving same-sign dileptons. We recast the CMS b-tagged same-sign dilepton search with 10.5 fb^-1 of 8 TeV data to set limits on ttbar H associated production, and approximately combine the two searches by calculating the fraction of same-sign dilepton signal events which do not satisfy multi-lepton selection criteria. We estimate an expected total non-resonant leptonic reach of mu &lt; 5.0 times the Standard Model rate in 20 fb^-1 of 8 TeV data, with improvements possible.

研究动机与目标

• 探索非共振多轻子末态结合b夸克喷流标记在LHC上探测t\bar{t}H关联产生过程的潜力。
• 通过结合多轻子与同号二轻子通道，提升灵敏度，超越现有4b与bbγγ末态。
• 提供一种独立的顶夸克汤川耦合测量，不受圈图中新物理干扰影响，且对b夸克汤川耦合的依赖性更低。
• 估算8 TeV LHC对t\bar{t}H产生的预期灵敏度，基于重新分析的CMS数据与独立信号区域组合。

提出的方法

• 基于19.5 fb⁻¹的8 TeV多轻子搜索数据（CMS）并引入b夸克喷流标记，对t\bar{t}H产生过程设置限制。
• 基于10.5 fb⁻¹的8 TeV同号二轻子搜索数据（CMS）估算来自独立通道的额外灵敏度。
• 近似估算同号二轻子信号事件中与多轻子选择标准互斥的比例，以实现无重复计数的搜索组合。
• 将信号与背景预期按20 fb⁻¹进行缩放，并保守建模背景不确定性，以估算预期灵敏度。
• 在同号二轻子通道中采用独立信号区域加权与S_T区间划分，以超越包容性极限的灵敏度。
• 结合多轻子与同号二轻子末态的结果，估算t\bar{t}H非共振轻子末态的总探测能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 与成熟的4b和bbγγ通道相比，非共振多轻子末态结合b夸克喷流标记能否提供具有竞争力的t\bar{t}H产生灵敏度？
• RQ2 同号二轻子通道在多轻子选择标准之外，能在多大程度上提升t\bar{t}H搜索的灵敏度？
• RQ3 在结合多轻子与独立同号二轻子末态时，8 TeV LHC对t\bar{t}H产生的预期灵敏度如何？
• RQ4 所提出的方法如何实现一种独立的顶夸克汤川耦合测量，且与依赖b夸克或圈图过程的测量方法相区别？

主要发现

• 基于19.5 fb⁻¹的8 TeV数据重新分析CMS多轻子搜索，对t\bar{t}H产生的观测（预期）极限为μ < 4.7（6.6）倍标准模型速率。
• 引入独立的同号二轻子通道后灵敏度进一步提升，估算的观测（预期）极限为3.8（5.2）倍标准模型速率。
• 外推至20 fb⁻¹的8 TeV数据，联合预期灵敏度达到μ < 5.0倍标准模型速率，与4b和bbγγ末态具有可比性。
• 该方法可提供一种独立的顶夸克汤川耦合测量，不受b夸克汤川耦合与圈图贡献不确定性的干扰。
• 通过将同号二轻子末态进一步划分为独立的S_T区间，并随亮度提升减少背景系统误差，可进一步增强灵敏度。