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LHC 計画アトラス実験における， ttH ， H→bb チャンネルによる ヒッグス粒子探索

LHC 計画アトラス実験における， ttH ， H→bb チャンネルによる ヒッグス粒子探索. 東大理，高エ研 A ，東大素セ B ，筑波大物理 C ，岡山大理 D KEK 素粒子原子核研究所数値物理グループ E 片岡洋介，小林富雄，神前純一 A ，浅井祥仁 B ，上田郁夫 B ， 田中純一 B ，真下哲郎 B ，原和彦 C ，田中礼三郎 D ， 他アトラス日本物理グループ , 栗原良将 E. 日本物理学会第５８回年次会 東北学院大学土樋キャンパス （２００３年３月３０日）. 発表内容. ttH の概要 ttH,H bb チャンネル

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LHC 計画アトラス実験における， ttH ， H→bb チャンネルによる ヒッグス粒子探索

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  1. LHC計画アトラス実験における，ttH，H→bbチャンネルによるヒッグス粒子探索LHC計画アトラス実験における，ttH，H→bbチャンネルによるヒッグス粒子探索 東大理，高エ研A，東大素セB，筑波大物理C，岡山大理D KEK素粒子原子核研究所数値物理グループE 片岡洋介，小林富雄，神前純一A，浅井祥仁B，上田郁夫B， 田中純一B，真下哲郎B，原和彦C，田中礼三郎D， 他アトラス日本物理グループ, 栗原良将E 日本物理学会第５８回年次会 東北学院大学土樋キャンパス （２００３年３月３０日）

  2. 発表内容 • ttHの概要 • ttH,Hbbチャンネル • c2methodによるreconstruction • Likelihoodの導入 • Matrix Elementを用いた分析 • まとめ

  3. ttHの概要 • ttH production • ttにともなわれてHiggsが生成 Yt測定のために重要なprocess • mHの軽い領域で数百fbのcross section • 2 topという特徴的な事象  BG rejection • Decay mode HbbHttHWW (120GeV) (115～125GeV) (130～180GeV) Yt Yb Yt gw

  4. ttH, Hbbチャンネル • 軽いmH(＜130GeV)で主要な崩壊チャンネル • 2種類のBackground • 終状態に４つのb jet 12通りからc2 method で選択  大きなcombinatorial BG • ttbb, tt BG QCD processのttbb BGが大

  5. Event Generation PDF (all samples): CTEQ5L • ttH(bb) signal • PYTHIA 6.2 • tt+jets background (ttbbは除外, reducible) • PYTHIA 6.2 • ttbb background (irreducible) • COMPHEP 4.1 + PYTHIA 6.2 • Fast simulation (ATLFAST) によりDetector効果を導入 Full simulationに基づきparametrize s = 491 pb • = 8.75 pb (QCD) 0.85 pb (EW)

  6. b-jet: fast simulationにおいて e =60% Rc = 10 Rj = 100 Event Selection • Decay mode • Hb b • tl nb • t j jb • Number of isolated lepton= 1 for electron, pT>25GeV, |h|<2.5 for muon, pT>20GeV, |h|<2.5 • Number of light flavor jet>= 2 pT>20GeV, |h|<2.5 pT>40GeV for at least one jet • Number of b-jet= 4 pT >30GeV, |h|<2.5

  7. c2 method • 条件 • nはmW constraint、missing pT(x ,y)から計算 pzの解のない場合はconstraintをプラスに最大20GeVシフト • mjjには±20GeV mass windowを課す • c2を最小にする組み合わせを選択　（24通り以上） • 4b-jetsの割り当てH, t(lnb), t(jjb) • light flavor jets(>=2)から2jets選択 • nのpzの2解から1つを選択

  8. top (lnb) top (jjb) mlnb mjjb Higgs (bb) 長く大きなテール Combinatorial BG 120±30GeVで約50% mbb 2 top, higgs reconstruction • ttH signal event (mH=120GeV, L=30fb-1)

  9. Likelihoodの導入 • Combinatorial BGを減らすために角度情報を用いる • 以下の4つの角度からLikelihoodを計算 １． W (ln) とbのopening angle (ttH rest frame) ２．W (jj) とbのopening angle (ttH rest frame) ３．2 topの opening angle (Lab frame) ４．2 light flavor jetsの opening angle (ttH rest frame) ttH signal 1. 2. 3. 4.

  10. Modified c2 method • Likelihood • Combinatorial BG の46%でc2最小から3以内に正しい組合せが存在 • c2最小から3以内で最大のLikelihoodをもつ組み合わせを選択 ttH signal Correct combination 12%上昇 mbb

  11. 解析結果 • signalの半数はCombinatorial BG • ttbb (QCD) BGが大 (mH=120GeV ,L=30fb-1) • Number of event (120±30GeV) mbb

  12. Grace 2.2.0 Matrix Elementを計算 20 diagrams and interference 4 vectors j jb l nb higgs ウェイト -log(ME) Matrix Elementによる分析 • さらに、Combinatorial BGを減らすことは可能か？ • jjb, lnb, higgsの7つの4vectorからMEを計算、ウェイトを求める • 4bの組み間違えに対してこのウェイトが感度をもつ

  13. Parton Level Detector Level Parton Level Detector Level Red: correct comb. Blue: exchange 4b Red: correct comb. Blue: exchange 4b wrong correct -log(ME) -log(ME) Parton Level & Detector Level • 4bの組み間違えに対する感度 （Parton Level, Detector Level） • Parton Level: 78%で正しい4bの組み合わせが最大ME • Detector Level: 48%で正しい4bの組み合わせが最大ME • Detector resolutionにより半数も4bの組合せが解決できない  c2、Likelihood等のMethodの限界を示唆 ttH signal

  14. まとめと展望 • Fast simulationの結果 • combinatorial BGを解くことは困難  Detector resolutionが効いている • ttbb BG(QCD process)が大  mH=120GeVでS/√B = 2.2 • 展望 • Yt測定の評価（systematic error等） • Full simulation

  15. generator b-tag e =60% Rc = 10 Rj = 100 (Full simulationに基づく) b-jet (b quark起源) c-jet (c quark起源) light-quark-jet (その他) b-jet light-flavor-jet b-tag • Fast simulation (今回の解析で使用) • Full simulation (今後) • b-tag efficiencyのpT依存性 • “b-jet” らしさの度合い（impact parameter等） などを解析に導入することができる • Experiment (2007～) Impact parameter, Soft lepton, Secondary vertex

  16. CMSとの比較 • CMS:S/√B = 5.3 (mH=115GeV)約2倍の結果、この差は？ • Cross section • PDFCMS: CTEQ4L ATLAS: CTEQ5L • Q2QCD CMS:mH2 for ttH, ttZ mt2+(pTt12+ pTt22+ pTq12+ pTq22)/4 for ttqq ATLAS: mt2+maxPT2 for ttH, tt mt+mH/2 for ttbb • K-factor CMS: 1.5 for signal and ttZ BG ATLAS: 1.0 • Reconstruction CMS: Likelihood • ATLAS:Xsec, K scaling  S/√B = 4.6 (mH=120GeV) 主に効いているのは、Cross sectionとK-factor

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