[论文解读] Top-Higgs Yukawa Coupling Measurement at a Linear e+e- Collider

A. Juste Rozas, G. Merino|ArXiv.org|Oct 12, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 16

一句话总结

本文针对在√s = 800 GeV运行的未来线性e⁺e⁻对撞机，开展了一项关于测量顶-希格斯规范耦合可行性的研究，采用e⁺e⁻ → t̄tH过程，亮度为1000 fb⁻¹。通过应用包含真实探测器效应、背景建模及先进b-夸克喷注识别的多变量分析方法，该研究在gₜₜₕ上的联合不确定性达到约5.5%，展示了对顶夸克希格斯耦合进行直接、精确测量的潜力。

ABSTRACT

A feasibility study of the measurement of the top-Higgs Yukawa coupling at a future linear e+e- collider operating at sqrt(s)=800 GeV is presented. As compared to previous existing studies, much effort has been put in a ``realistic simulation'' by including irreducible+reducible backgrounds, realistic detector effects and reconstruction procedures and finally, a multivariate analysis. Both hadronic and semileptonic decay channels have been considered.

研究动机与目标

• 评估在未来的线性e⁺e⁻对撞机上直接测量顶-希格斯规范耦合的可行性。
• 评估在√s = 800 GeV、Mₕ = 120 GeV、亮度为1000 fb⁻¹条件下，e⁺e⁻ → t̄tH过程对顶-希格斯规范耦合的灵敏度。
• 通过引入真实探测器效应、不可约和可约背景，以及多变量分析技术，改进先前的研究。
• 量化在完全强子衰变和半轻衰变通道中，对顶-希格斯规范耦合测量的统计与系统性不确定度。
• 确定在考虑相关系统性不确定度的情况下，结合两个衰变道所能达到的联合精度。

提出的方法

• 该研究采用包含探测器效应、b-夸克喷注识别效率和t̄tH事件重建流程的逼真模拟框架，针对√s = 800 GeV、Mₕ = 120 GeV的条件进行。
• 背景如t̄tZ、q̄q、W⁺W⁻和t̄t被建模，包括不可约和可约贡献，以及干涉效应（但最终分析中被忽略）。
• 训练一个预选择神经网络，基于运动学和拓扑变量以减少背景，随后应用最终选择神经网络。
• 最终选择神经网络使用11个区分性变量，包括重建的希格斯玻色子质量、喷注流强、非平面度、喷注能量差值以及b-夸克喷注识别概率，以最大化信号与背景之比。
• 系统性不确定度通过背景截面归一化5%的不确定性进行估算，并假设强子和半轻通道之间完全相关。
• 通过组合统计误差与系统性误差，计算gₜₜₕ的总不确定度，最终结果通过两个衰变道的加权组合得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过√s = 800 GeV下e⁺e⁻ → t̄tH的总截面直接测量顶-希格斯规范耦合？
• RQ2 在使用真实探测器模拟和多变量分析技术的情况下，gₜₜₕ的可实现精度是多少？
• RQ3 不同背景源（包括高阶多喷注QCD和t̄t事件）如何影响测量的灵敏度？
• RQ4 统计与系统性不确定度在gₜₜₕ最终精度中的相对贡献是什么？
• RQ5 结合完全强子与半轻衰变道的联合分析，能否实现gₜₜₕ不确定性低于6%？

主要发现

• 在结合完全强子与半轻衰变道后，顶-希格斯规范耦合的统计不确定性估计为约4.2%。
• 在背景归一化5%的系统性不确定度下，结合两个衰变道后，gₜₜₕ的总不确定度约为5.5%。
• 完全强子道在最优选择后，信号效率为8.5%，信号与背景比为0.90。
• 在强子道中最具区分力的变量为预选择神经网络输出（区分能力15.7%）、重建的希格斯玻色子质量（11.7%）、喷注流强（13.3%）和非平面度（11.5%）。
• 半轻道的统计不确定性约为5.5%，系统性不确定度在5%背景归一化不确定性下约为3.0%。
• 本研究证明，多变量分析显著提升了在复杂四b-夸克喷注末态中对信号的区分能力，优于简单截断选择。