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＜ 公募研究＞ ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性

＜ 公募研究＞ ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性. top quark b quark τ lepton の研究 です。. 寄田浩 平 （ 早稲田大学） 2011 年 7 月 1 日 （金） 於 三重県 の温泉. Low Mass. High Mass. 第三世代粒子の重要性（１）. > 質量 の制限 ：（ 95% CL ） - M H > 114.4 GeV ( LEP) - M H < 158 GeV (SM global fit) 　　　（ MPV: 89 +35-26 GeV ）

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＜ 公募研究＞ ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性

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  1. ＜公募研究＞ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性＜公募研究＞ハドロン衝突実験での第三世代粒子測定法の改善とその発展性 top quark b quark τleptonの研究です。 寄田浩平（早稲田大学） 2011年7月1日（金） 於三重県の温泉

  2. Low Mass High Mass 第三世代粒子の重要性（１） > 質量の制限：（95% CL） - MH > 114.4 GeV(LEP) - MH < 158 GeV (SM global fit) 　　　（MPV: 89 +35-26 GeV） - 158~173 GeVにはない(Tevatron) • やはり始めはヒッグス粒子、、。 ex) MSSMHiggs： あるなら、この辺にありそう、、。  小さいHiggsは重くない！ 2/19

  3. 第三世代粒子の重要性（２） • トップクォークとヒッグス粒子： トップ湯川結合の最新値（質量から計算） ？ → なんだかTop Quarkの役割は大きそう、。 Gateway to BSM ? 現在のYtは0.996 !? • Top quarkは一筋縄ではいかない、、 • が、多くの理論でもその重要性は高い。 • - Z’ • - Top-Color • - FCNC等々たくさん。 3/19

  4. 第三世代粒子同定の難しさ τlepton： → ハドロン崩壊し、細いジェットに b quark jet: → 2次崩壊点を作る特徴 Top quark: → いろいろな終状態に崩壊 e/μなどに比べ、非常に同定が難しい（フェイクレートも高い）。また、終状態にニュートリノを含むため、parton levelのエネルギー運動量測定が難儀。 4/19

  5. 本研究課題の目的 • “「第三世代粒子」の同定、測定は非常に重要。でも非常に難しい“ もちろん、各所で様々な努力がなされてはいますが、、 (1)さらに第三世代粒子を積極的に使う。 (2) 同定法・エネルギー分解能を改善。 (3) ヒッグス粒子探索や新粒子・新現象 探索の実行性の幅を広げる。 • これらの課題を実験の枠組みを超え • て考察し、包括的な成果をだす。 • → 2大エネルギーフロンティア実験： • - CDF/Tevatron実験@FNAL • - ATLAS/LHC実験@CERN 5/19

  6. CDF/Tevatron実験@FNAL • 今年9月30日に終了することが決定 • → 最終的には10fb-1のデータが解析可能 • LHCとの競合、Consistencyの確認等、まだまだ重要な役割。 H→bbを基本軸にどれだけ総合的な感度を上げられるか！ ＊ 本研究はH→ττに焦点を当てている。 6/19

  7. τを用いたヒッグス粒子探索（１.１） Gluon Fusion VBF Weak Boson Associated Production e/μ+τhad+>=2jet • ττ+ jetsは全過程から寄与！ • Event Selection （ 8.3fb-1 ） • e/μ + τhadchannel (& e + μ) • 1 isolated e/μ with Pt > 10 • 1 hadronicτ with Pt > 15(20) • Z boson veto • 解析はMVAを利用 • －Support Vector Machine 8.2event (MH=115GeV/c2) 7/19

  8. τを用いたヒッグス粒子探索（１.２） Analysis optimization by Support Vector Machine e/μ+τhad+>=2jet e/μ+τhad+1jet No systematic yet Signal×100 7.8×SM (MH=115GeV/c2) e + μ+ >= 2 jet e + μ+ 1 jet Limit: ~11×SM with systematics. 来週にデータオープンの予定 （結果は今月中に正式承認される予定） 8/19

  9. τを用いたヒッグス粒子探索（２.１） • Simple Event Selection • Require vertex quality • Require 3 or 4 lepton includingτh • Charge sum of leptons ±1(3L) or 0(4L) • Missing ET significance > 1.0 S<<Bなので様々なKinematicsを使って、MVA(今回はSVM)で最終判別をした。 9/19

  10. τを用いたヒッグス粒子探索（２.２） ５つのカテゴリー（lll、llτ、eμτ、lττ、LLLL）それぞれで解析→ Global Likelihood L0 L1 Exp:17.3×σSM L3 L2 Obs:18.5×σSM > Tevatronで初めての結果。 他と統合することにより、ヒッグス 粒子の棄却・発見に貢献できる。 10/19

  11. τ粒子同定の改善について Cut Base Tau ID で 拾える範囲 ■ Training sample Signal:W→τν(MC) Background:Jet sample (data) Background Signal ■ Training category ・1 prong, 3prong で分割 ・Energy で分割 ■ Input variable 1prong 細いjetというτの特徴を活かす ⇒ Signal region, Isolation region の変数 * Fake率を保ち、～20％程度向上！現在SFとsystematicsを見積もり中

  12. 円周～２７Km Jura CMS LHCb ALICE ATLAS CERN ATLAS/LHC実験 • 陽子・陽子衝突＠7TeV • 瞬間ルミノシティーは1033 • を超え、安定に運転。 • 積分ルミノシティーは>1fb-1 • 2011年Winter Conference • に使用されたルミノシティー • は～35pb-1 現在Summer Conferenceに向け、解析が急速に進められている。 ルミノシティーは500～800pb-1以上 ready for analysis。 12/19

  13. トップクォークの物理＠ATLAS/LHC実験 • All hadronicdecay modeの解析（2011年4月25日に承認済） > Backgroundは100% data driven >=6jet 4jet 5jet 1btag CR CR CR CR CR 2btag SIGNAL CR: Control Region Signal RegionのKinematicsの例 13/19

  14. トップクォークの物理＠ATLAS/LHC実験 χ2 Template • 非常にシンプルな解析手法を採用： > Sensitivity 2.2σ →Upper limit of 261pb@95% CL Theory: 165 pb [Fitted Center value: 118 pb] > 現在、20倍のデータで鋭意解析中 → 8σレベルへ > Multijetのヒッグス解析やBSM Search の基礎となる測定！ 14/19

  15. トップ湯川結合測定の可能性（2010年度学部４年生の卒業論文課題の一つ）トップ湯川結合測定の可能性（2010年度学部４年生の卒業論文課題の一つ） > これまで、ttH(H→bb)で実行性 が議論された結果、Combinatory バックグランドのため、解析は困難 と報告されている。 今回の試み： tt（→alljet）H（→ττ）を見る！ （参考：ΔYb>ΔYτだろうし、、） ？ 100fb-14j Et>60GeV 100fb-14j Et>60GeV …やはり両方難しそう。 改善の余地多々あり。 → 課題： (1) トリガーの改善 (2) PIDの改善 (3) 解析手法の改善 15/19

  16. Calo Muon Pixel/SCT LVL1 Trigger ROD ROD ROD ROB ROB ROB RoI LVL2 CPU Farm ATLAS実験での今後の課題（FTK） • 高ルミノシティー環境下（～1034）で如何に • b jet/τ leptonを選択的にトリガーできるか？ High Luminosityの世界 • Tracking Triggerの重要性（c.f. SVT@CDF）： • Objectの閾値を上げずに、Trigger Rateを抑える！ • - Online Vertex Reconstruction、 Momentum Resolutionの改善 • Track based isolation、Secondary Vertexの再構成 … 等々 WHbb L=3×1034[cm-2・s-1] Pile-up 平均24μsec FTK 全飛跡再構成を一瞬で可能にする9U VME Hardware Trigger System 　　　→ ATLAS Upgradeとして正式に承認された２つの増強計画の１つ！ 16/19

  17. その他の試み (1) b jet energy scaleの測定に関する研究 ヒッグスの質量分布 Top quark事象を用いてb jet energyを測り、ヒッグス粒子 探索、質量測定に役立てることが目的。 (2) ττ不変質量分解能の改善に関する研究 Z→ττ事象を用いて、分解能を向上させ、 ヒッグス粒子探索、質量測定に役立てることが目的。 Collinear Approximation Likelihood Method

  18. 参考（過去１年間） 本研究に関連する学会講演（日本物理学会） • ２０１０年３月年次大会＠岡山大学 • (1) CDF実験におけるトップクォーク対生成事象を用いたb jet energyの測定 • 　 　　桜井雄基、寄田浩平 (早大理工) • (2) CDF実験におけるτ粒子同定とττ質量分解能の改善 • 　 船越雄二郎、蛯名幸二、寄田浩平 （早大理工） • (3) ATLAS実験における高速トラッキングトリガーシステムのシミュレーションによる最適化 • 　 千葉英誉、木村直樹、寄田浩平（早大理工） • ２０１０年９月秋季大会＠九州工業大学 • (1) CDF実験におけるVh->lνττ,llττによるヒッグス粒子探索 • 蛯名幸二、舩越雄二郎、寄田浩平（早大理工） • (2) ATLAS実験における高速トラッキングトリガーシステムの構築 • 木村直樹、千葉英誉、鎌塚翔平、寄田浩平（早大理工） • ２０１１年３月年次大会（講演資料のみ） • (1) Tevatron/CDF実験におけるVH → lν+ττ,ll+ττによるヒッグス粒子探索 • 蛯名幸二、寄田浩平（早大理工） • (2) Tevatron/CDF実験におけるττ+2jets事象を用いたヒッグス粒子の探索 • 桜井雄基、舩越雄二郎、蛯名幸二、寄田浩平（早大理工） • (3) ATLAS実験におけるトップクォーク測定のための多ジェット事象解析 • 木村直樹、飯澤知弥、寄田浩平（早大理工） 18/19

  19. 纏め • ハドロン衝突実験での第三世代粒子を包括的に研究 • －CDF/Tevatron実験でのτを使ったヒッグス粒子探索 • 　　－ATLAS/LHC実験におけるトップクォークの物理 • 　－高速トラッキングトリガーシステム(FTK)の構築 • 　　 ＊そのためのシステム構築（ストレージ等）と研究出張に研究費を使用した。 • 今後の予定： • －CDF/Tevaron実験での成果の論文発表 • 　　－ATLAS/LHC実験でのb jet tagging/bJESの改善 • 　－ トップクォーク事象を用いた新粒子探索 • 　　－ATLAS/LHC実験でのFTK Trigger Systemの開発を継続 • 　－CDF/ATLAS相互の理解、繋がりを考える 第三世代粒子を軸に、新しいTrigger開発、PID、物理解析と首尾一貫して研究を進め、新粒子・新現象探索の基礎を構築したい。 19/19

  20. Higgs Limit @ Tevatron

  21. Higgs Hunting の今後 Tevatron: (2011年9月迄運転10fb-1解析可能) LHC: 2011年(1-2fb-1),12年(~5fb-1)

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