ヒッグス粒子探索gg→H→WW*→lνjj

佐藤構二宇宙史拠点実習（ FNAL ）ガイダンス

2012 年 2 月 21 日

テバトロンでのヒッグス粒子の振る舞い• gg→H が最も断面積が大きい生成モード（数百 fb ）。• mH>130 GeV/c2 では H→WW* が最も分岐比が高い。　　　→　重いヒッグスは H→WW* で探すべき。

CDF の重いヒッグス探索の現状• mH>130 GeV/c2 は H→WW→ ｌ ν ｌ ν の独壇

場。• H→ZZ はやられているが、コンビネーショ

ンにほとんど効いていない。

HWW*lnjj チャンネル

H

W

W

l

n

u, c

d, s

lepton• e : calorimeter• m : muon chambers

neutrino• energy invalance in calorimeter

quark• jet in calorimeter

anti-quark• jet in calorimeter

proton anti-proton

hadronization

検出する粒子：　電子 or ミューオン　 1 個　ニュートリノ　 1 個　ジェット　 2 個

H→WW*→ ｌ ν ｊｊと H→WW*→lνlvチャンネル比較

H→WW→lνjj H→WW→lνlv

WW の崩壊分岐比～ 30 ％ WW の崩壊分岐比～ 5 ％

QCD の W+jets バックグラウンドが膨大 バックグラウンドが少ない

ν が 1 個だけ。 mH が組める。 ν が 2 個。 mH が組めない。

探索ポテンシャルでは lνlν にかなわないが、足し合わせて CDF 全体のヒッグス粒子に対する感度を改善する。

クリーンなチャンネルなので、非常に探索に向いている。

WW→lνcs では、 c-tag することで事象をフルに再構成できる高純度サンプルが選別できる。発見後の LHC で、大データでの精密測定につなげたい。

筑波大グループ（須藤、佐藤、金）が新しく解析を立ち上げたところ。

CDF では、大グループにより既に完成度の高い解析手法が確立されている。

H→WW*→ ｌ ν ｊｊ現状での結果• H→WW*→lνlv は、 2012 年 2 月に全データで結果をアップ

デート。• H→ WW*→ ｌ ν ｊｊは…、– ヒッグス粒子探索をした質量ポイントが足りない。– 全データを使って解析をアップデートすべき。– mH<160 GeV/c2 に対して感度がない。

2012年冬H→WW*→ｌ νｊｊ4.6 fb-1

2011年夏H→WW*→ｌ νｌ ν8.2 fb-1

現状の H→WW*→ ｌ ν ｊｊの問題点• mH<160 GeV/c2 では…、– H→WW の片方の W は mW =80.4 GeV/c2 (PDG の値 ) よ

りも軽い質量をもつ　→オフシェル、 W* 。– バックグラウンド見積もりの都合で、 60<m(l,ν)<100

GeV/c2 のカットをしていた。• レプトン崩壊する W がオフシェルのヒッグス事象

を、このカットでたくさん捨ててしまっている。– Px

ν と Pyν はカロリーメータの消失エネルギーをもと

に測定できるが、 P ｚν は測定値からは直接決めるこ

とができない。• 現状の解析では、 m(l,ν)=mW =80.4 GeV/c2 を解いて

P ｚν を決めている。

–オフシェルの W に対してこれはよい扱いではない！

オフシェル W→ ｌ ν の扱いを改善する• 60<m(l,ν)<100 GeV/c2 のカット：　　　　→　 m(l,ν)>40 (30?) GeV/c2 　に緩める。• P ｚ

ν を含む事象再構成について：– キネマティック・フィッターを作成する。

H

W

W

l

n

u, c

d, s

テバトロンでの探索結果• CDF+D0 コンバインでの９５％ C.L.

excluded region: 156 ー 177 GeV/c2

LHC での探索結果• 95% C.L. excluded regions:– ATLAS 　 112.9-115.5 GeV, 131-238 GeV and 251-

466 GeV – CMS 127-600 GeV

現状でのテバトロンでの H→WW*→ ｌ νｊｊ

• LHC によって重いヒッグス粒子質量は棄却されてしまっているが…。

• テバトロンでは、現在全データを使って各チャンネルの最終結果を出す作業を行っている。– メイン・チャンネルは 2012 年 2 月中。

• われわれの解析も、 2012 年春までに、同等の結果を出して論文に纏めたい。– 全データを解析すること。– 低い質量領域に対しても感度を増やして最終結果としたい。

• ヒッグスは見つけてからシッカリ測定することが最重要。– H→WW*→ ｌ ν ｊｊチャンネルは、事象再構成に利点がある。– LHC での HWW のカップリング測定に繋げたい。

まとめ• H→WW*→ ｌ ν ｊｊの探索解析。• 特に、ヒッグス粒子がありそうな低い質量領域への感度を

上げる研究を行う。• みなさんの研究結果は本解析の最終結果に取り入れる。

Backup

• CDF 単独での 95 ％ C.L. exclusion: 156 < mH < 175 GeV

Limit Improvement by addition of lvjj.

lvlv8.2 + lvjj4.6 150 1.270 35.900 0.999 160 0.800 8.970 0.996 170 0.890 9.360 0.996 180 1.330 13.600 0.995 190 2.090 19.500 0.994 200 2.810 19.900 0.990

lvlv9.1 + lvjj9.1 150 1.206 25.524 0.999 160 0.759 6.378 0.993 170 0.845 6.655 0.992 180 1.263 9.669 0.992 190 1.984 13.864 0.990 200 2.667 14.149 0.983

Numbers below are: mH, cross section limit with lvlv, cross section limit with lvjj, limit improvement over lvlv.Improvement is estimated with: 1/sqrt(1+ limit(lvlv)^2/limit(lvjj)^2).