[论文解读] Standard Model Higgs Searches at the Tevatron

K. Knoepfel|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文报告了在费米实验室的碲靶对撞机上，利用最高达10 fb⁻¹质子-反质子对撞数据（√s = 1.96 TeV）对标准模型希格斯玻色子的联合分析。通过结合CDF与D0实验在多个H → b¯b末态中的数据，在105 < mH < 145 GeV/c²范围内观测到一个宽泛的过量，全局显著性为2.2个标准差，与110–140 GeV/c²范围内的标准模型希格斯玻色子产生一致。

ABSTRACT

We present results from the search for a standard model Higgs boson using data corresponding up to 10 fb-1 of proton-antiproton collision data produced by the Fermilab Tevatron at a center-of-mass energy of 1.96 TeV. The data were recorded by the CDF and D0 Detectors between March 2001 and September of 2011. A broad excess is observed between 105 &lt; mH &lt; 145 GeV/c2 with a global significance of 2.2 standard deviations relative to the background-only hypothesis.

研究动机与目标

• 在对撞机上搜索标准模型希格斯玻色子在H → b¯b衰变道中的信号。
• 结合CDF与D0实验的结果以提高灵敏度与统计显著性。
• 评估观测数据与标准模型希格斯玻色子预测在低质量范围内的相容性。
• 量化联合极限设定框架中实验间的系统不确定性与相关性。

提出的方法

• 在√s = 1.96 TeV下，结合CDF与D0探测器在10 fb⁻¹积分亮度下的数据。
• 应用多变量分析技术以区分H → b¯b信号与QCD及电弱背景。
• 采用优化的b夸克标记（包括HOBIT算法）与改进的喷注能量分辨率以增强信号灵敏度。
• 采用贝叶斯方法并引入冗余参数以处理系统不确定性（喷注能量标度、亮度、PDFs）。
• 通过使用10%的喷注能量分辨率估计值校正“另寻他处效应”（look-elsewhere effect），以推导全局p值。
• 在95%置信水平下设定标准模型希格斯玻色子产生率的上限，并拟合最优信号强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在对撞机上，H → b¯b衰变道中是否存在标准模型希格斯玻色子的证据？
• RQ2 与仅含背景的假设相比，低质量希格斯玻色子区域中观测到的过量具有多高的显著性？
• RQ3 CDF与D0联合结果在100–200 GeV/c²质量范围内与标准模型希格斯玻色子预测的符合程度如何？
• RQ4 CDF与D0之间的系统不确定性与相关性如何影响最终的极限与显著性？
• RQ5 在考虑多重检验（另寻他处效应）校正后，观测到的过量的全局显著性是多少？

主要发现

• 在质量范围105 < mH < 145 GeV/c²内观测到一个宽泛的过量，相对于仅含背景的假设，其全局显著性为2.2个标准差。
• 在mH = 120 GeV/c²处，局部p值为2.7个标准差，经“另寻他处效应”校正后降至2.2σ。
• 最优拟合的希格斯玻色子产生截面在110–140 GeV/c²范围内与标准模型预测一致。
• 仅考虑H → b¯b通道时，mH = 135 GeV/c²处的局部显著性达2.8σ，经校正后全局显著性为2.6σ。
• 预期的上限在整个100–200 GeV/c²范围内优于1.15×σSM，观测到的排除区域位于100–106 GeV/c²与147–179 GeV/c²之间。
• 贝叶斯联合方法的结果在平均上与频率学方法的差异小于1%，支持最终极限结果的稳健性。