ヒッグス粒子探索ｇｇ→ H→WW*→ ｌ ν ｊｊにおけるキネマティックフィッターの開発宇宙史拠点実習　 2012/3/19筑波大学　素粒子実験研究室

M1 　永田　和樹

内容• 導入• 動機• 解析方法• 解析結果 - 　 Higgs mass :170GeV - 　 Higgs mass : 150GeV• まとめ

テバトロンにおけるヒッグス粒子探索• 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。• mH>130 GeV/c2 は H→WW→ ｌ ν ｌ ν の独壇場。• H→ZZ は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

neutrino• energy invalance in calorimeter

proton anti-proton

hadronization

lepton• e : calorimeter• m : muon chambers

quark• jet in calorimeter

anti-quark• jet in calorimeter

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。

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。

– Pxν と Py

ν 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 ｚ ν 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 ｚ ν 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！

動機H→WW*→lνjj チャンネルでのヒッグス粒子探索において、ヒッグス粒子の低い質量領域に対しても感度を増やしたい。

オフシェル W→lν の扱いを改善するために、キネマティック・フィッターを開発した。ニュートリノの Z 軸成分の運動量を含む事象の再構成を改善する。

キネマティックフィッターの開発TMinuit を使い、 LogLikelihood 法を用いて、以下の式が最小となる極値でのパラメーターの値をもとめる。

Higgs mass: 150GeVΓH = 1.73×10-2

Higgs mass: 170GeVΓH = 3.80×10-1

W mass : 80.399GeVΓW = 3.80×10-1

ニュートリノと 2 つの JETの Pt

フィッティングパラメーター• Jet の運動量、 MET を測定量の周りで分解能程度で、 fluctuate• ニュートリノの z 成分は自由に fluctuate　　 Ptfit

ν=C0×Ptobs ν　　 Ptfit

jet1=C1×Ptobs jet1　　 Ptfit

jet2=C2×Ptobs jet2　　 Pzfit

ν=C3×Pzobs ν

• ブライトウィグナー内のフィット質量は上記の C0 ～ C3 でスケールした運動量で計算する。

右図： JET の Pt に対する不確定さカロリーメータによる Pt の測定が誤差 3 ％以内で校正されている。　→　 σJET ＝ 0.03×Et

JET に関する補正は - detector response - absolute energy scaleの 2 つ。Out of cone については行っていない。

Jet energy とＭＥＴの分解能

σ ＭＥＴ ＝√ＭＥＴ　　とした。

イベントセレクション• 1 　 Lepton (e or μ) 　　 Pt > 20 GeV 　　 |η| < 1

• Neutrino : MET > 20 GeV

• 2 Jets 　　 Et > 20 GeV 　　 |η| < 2

• M(l,ν) > 40 GeV

• モンテカルロシュミレーションと比較する　 ①　サンプル内の H→WW*→lνlν イベントは見ない　 ②　 parton と jet は ΔR < 0.4 で match する　　→　ヒッグス崩壊終状態の両方の parton が jet と matchしたイベントのみ解析する。

解析結果①（ Higgs mass = 170GeV)

右図：それぞれの　 scaling factor の分布縦軸：イベント数横軸： scaling factor　　　　　　　　　　の値Scaling factor = 1→fitting前 = fitting後

解析結果②（ Higgs mass = 170GeV)

右図： HEPG との差の分布横軸：赤色： fit青色： observe

解析結果③（ Higgs mass = 170GeV)

右図：粒子の質量　　　　　　　の分布縦軸：イベント数横軸： GeV

赤色： fit青色： observe黒色： HEPG

解析結果①（ Higgs mass = 150GeV)

右図：それぞれの　 scaling factor の分布縦軸：イベント数横軸： scaling factor　　　　　　　　　　の値Scaling factor = 1→fitting前 = fitting後

解析結果②（ Higgs mass = 150GeV)

右図： HEPG との差の分布横軸：赤色： fit青色： observe

解析結果③（ Higgs mass = 150GeV)

右図：粒子の質量　　　　　　　の分布縦軸：イベント数横軸： GeV

赤色： fit青色： observe黒色： HEPG

まとめ• キネマティックフィッターを開発した。　　→佐藤先生と自分で独立に開発して、 event by event で　　　　結果がぴったり一致している。• レプトンに崩壊する W mass の再構成に関しては　８０ＧｅＶ以下の事象まで再構成できている。• ハドロンに崩壊する W mass の再構成に関しては　キネマティックフィッターの補正はあまり効かない。• ニュートリノのＺ軸方向の運動量に関しては、キネマティックフィッターを使った場合、再構成が悪くなった。• オフシェルのＷからの寄与が大きい 150GeV のヒッグスに対して、良く再構成ができている。• オフシェルのＷからの寄与が少ない 170GeV のヒッグスに対しても、キネマティックフィッターは十分に機能する。

キネマティックフィッターの今後の課題

①　 σMET 、 σJET が Pt×constant でいれてある。　　　　→本来は event by event に計算してある量を使うべき。②　 Jet Energy Correction が十分でない。　　　　→ out of cone 補正がかかっていない。③　これらを取り入れて、再度性能評価をおこなう必要がある。

Out of cone

右図： Higgs mass = 170GeV に　　　対する JET の Pt の誤差

→ 　 6% > 3%

Out of cone の寄与を考慮しなければならない。

感想• ほとんど使えなかったＲＯＯＴとＣ＋＋でのプログラミングができるようになりました。• 2週間でキネマティックフィッターの詳しい評価ができず、残念でしたが、キネマティックフィッターの開発が完了できてうれしいです。