[论文解读] Updated Combination of CDF and D0 Searches for Standard Model Higgs Boson Production with up to 10.0 fb-1 of Data

The CDF Collaboration, The D Collaboration+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 38

一句话总结

本文报告了在 √s = 1.96 TeV 能量下，质子-反质子碰撞中对标准模型希格斯玻色子的更新组合搜索，使用了最多 10.0 fb⁻¹ 的数据。在 115–140 GeV/c² 质量范围内观察到局部 3.0σ 的超额信号，主要来自 H → bb 衰变道，经考虑‘查看其他区域效应’后，全局显著性为 2.5σ；同时在 95% 置信水平下，排除了 100–103 GeV/c² 和 147–180 GeV/c² 的希格斯玻色子质量范围。

ABSTRACT

We combine results from the CDF and D0 Collaborations on direct searches for the standard model (SM) Higgs boson (H) in ppbar collisions at the Fermilab Tevatron at sqrt(s)=1.96 TeV. Compared to the previous Tevatron Higgs boson search combination, more data have been included, additional channels have been incorporated, and some previously used channels have been reanalyzed to gain sensitivity. Searches are carried out for hypothesized Higgs boson masses between 100 and 200 GeV/c^2. With up to 10 fb-1 of luminosity analyzed, the 95% C.L. median expected upper limits on Higgs boson production are factors of 0.89, 1.08, and 0.48 times the values of the SM cross section for Higgs bosons of mass m_H=115 GeV/c^2, 125 GeV/c^2, and 165 GeV/c^2, respectively. In the absence of signal, we expect to exclude the regions 100

研究动机与目标

• 通过结合费米实验室 Tevatron 上 CDF 和 D0 实验的结果，提高对标准模型希格斯玻色子的探测灵敏度。
• 利用更高的亮度和改进的分析技术，更新对 100–200 GeV/c² 质量范围内希格斯玻色子产生的搜索。
• 评估在 115–140 GeV/c² 范围内观察到的局部超额信号的显著性，并评估其与背景涨落的一致性。
• 提供更新的排除限值和信号显著性估计，尤其关注 H → bb 和 H → WW 衰变道。
• 结合多个衰变道和分析子通道的结果，以增强整体灵敏度和统计功效。

提出的方法

• 该分析结合了多个直接搜索结果，涵盖多种衰变道，包括 H → bb、H → WW、H → ZZ、H → ττ 和 H → γγ。
• 通过互斥末态（分析子通道）定义信号区域，以避免重复计算，选择标准基于轻子识别、缺失横向动量、喷注数量和 b 夸克标记。
• 采用多变量分析技术以增强信号与背景的分离，使用提升决策树进行 b 标记，并利用判别变量以优化灵敏度。
• 在 95% 置信水平下计算希格斯玻色子产生的预期和观测上限，中位数预期上限相对于标准模型截面进行归一化。
• 为每个质量点计算仅背景的 p 值和局部显著性，利用‘查看其他区域效应’校正估算全局显著性。
• 对 H → bb 和 H → WW 衰变道分别进行组合，以评估观测超额的来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 100–200 GeV/c² 质量范围内，希格斯玻色子搜索中观测到的超额信号显著性如何？其是否与背景涨落一致？
• RQ2 与以往的 Tevatron 希格斯玻色子搜索相比，CDF 和 D0 结果的联合分析在灵敏度方面提升了多少？
• RQ3 观测到的超额信号主要集中于何处——具体而言，是 H → bb 还是 H → WW 衰变道对信号贡献最大？
• RQ4 希格斯玻色子质量的最新 95% 置信水平排除限值是什么？与先前结果及 LHC 约束相比如何？
• RQ5 观测到的限值与中位数预期限值相比如何？这表明希格斯玻色子信号可能存在吗？

主要发现

• 在 mH = 120 GeV/c² 处观察到 3.0 标准差的局部显著性，背景仅 p 值约为 1.5 × 10⁻³。
• 考虑‘查看其他区域效应’后，超额的全局显著性约为 2.5 标准差。
• 观测到的超额主要由 H → bb 衰变道驱动，在该道中局部显著性最高达 3.2 标准差，全局显著性为 2.9 标准差。
• 联合分析在 95% 置信水平下排除了 100 < mH < 103 GeV/c² 和 147 < mH < 180 GeV/c² 的希格斯玻色子质量范围。
• 中位数预期的希格斯玻色子产生上限分别为：mH = 115、125 和 165 GeV/c² 时，分别为标准模型截面的 0.89、1.08 和 0.48 倍。
• H → WW 衰变道的结果与存在低质量希格斯玻色子一致，但其信号不如 H → bb 道显著。