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のぶのすけはやしもと
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1 LHC-ATLAS 実験におけるタウレプトン対に崩壊するヒッグス粒子の探索中村浩二, 塙慶太 A, 田中純一, 増渕達也, 山村大樹東大素セ, 筑波大数理 A 2011 年 9 月 16 弘前大 1

) LHC において探索可能な主要チャンネルタウレプトン対に崩壊するチャンネルは予想される領域でのヒッグス探索において探索可能で最も観測可能な事象数が多い ( 橙色 )

2 ヒッグス探索とタウチャンネル直接探索では mh<114gev(lep), 158<mH<173GeV(Tevatron) を棄却標準理論の精密測定によって予想されるヒッグス粒子の質量は 115<mH<132GeV (68% CL.) LHC において探索可能な主要チャンネルタウレプトン対に崩壊するチャンネルは予想される領域でのヒッグス探索において探索可能で最も観測可能な事象数が多い ( 橙色 ) 二つの生成過程 Gluon Fusion(H->ττ) 数が多い (~10 event@1fb -1 ) S/N 比 ~ 1/250 Vector Boson Fusion(VBF H->ττ) 数が尐ない (~1 -1 ) S/N 比 ~ 1/ 年 9 月 16 弘前大 2

タウチャンネルのもう一つの動機超対称性モデルが拡張したヒッグスモデル ( 特に MSSM(mhmax) シナリオを研究 ) 5 つの Higgs φ=(h,a,h), H± を導入 2 つのパラメータ : ma, tanβ LHC における探索生成過程 gg->φ, bb->bbφ が支配的標準理論の 20 倍の断面積 (@ma=120gev tanβ=20)

3 タウチャンネルのもう一つの動機超対称性モデルが拡張したヒッグスモデル ( 特に MSSM(mhmax) シナリオを研究 ) 5 つの Higgs φ=(h,a,h), H± を導入 2 つのパラメータ : ma, tanβ LHC における探索生成過程 gg->φ, bb->bbφ が支配的標準理論の 20 倍の断面積 (@ma=120gev tanβ=20) 崩壊過程 90% bb, 10% ττ -- enhanced MSSM SM 背景事象が尐なく感度が高い過程はタウ終状態 2010 年 (36pb -1 ) のデータで, すでにワールドベストの感度 (arxiv: ) 2011 年データ (1fb -1 ) で棄却領域が大幅に広がることが期待される 2011 年 9 月 16 弘前大 3

4 事象選択 τ decay : τ l νν ~1/3 τ h ν ~2/3 * l = e or μ h = π/k s ττ ll ~1/9 (small bkg.) ττ lh ~4/9 (best sensitivity) ττ hh ~4/9 (bad S/N ratio) すべての終状態の解析が行われているが最も感度が良い lh channel を中心に解析した * 詳細な最適化などの研究は 17pSD7 を参照最後にコンバインした結果もお見せします lh channel の終状態 Jet MET taujet lh channel のイベントセレクション Trigger: electron(20gev) or muon(18gev) 異符号のレプトンとhadronicタウ (20GeV)+ 大きな Missing Et(20GeV) レプトンとmissingのTransverse Mass (M T <30GeV) lepton 2011 年 9 月 16 弘前大 4

5 ヒッグス質量の再構成質量の再構成と背景事象タウ粒子の質量は自身の運動量に比べて小さいため崩壊粒子の方向はタウ粒子の方向に近い Visible mass : ニュートリノを無視した質量 Collinear mass : タウ粒子の崩壊をすべて同じ方向と仮定した質量 MMC(Missing Mass Calculator) mass : タウ粒子の方向と再構成可能な崩壊粒子 ( 群 ) の角度分布 (θ 3D ) を仮定して質量解を探したもの本解析では MMC mass を使用主な背景事象 Z τ τ : leptonもtauも本物 W+jets : jet->tau の fake QCD : jet->lep と jet->tau の両方 fake その他 Z ee/μμ, Top, WW/WZ/ZZ lepton taujet 数は理論予想から分布はデータから数も分布もデータから理論予想とシミュレーションから 2011 年 9 月 16 弘前大 5 ν τ θ 3D ν τ ν l

背景事象の見積もり Z ττ の分布アイデア : Z μμ のデータを用いて μ をシミュレーションの τ に置き換えることで Z ττ の分布を作る事象数は事象選択の途中 (lepton+tau 選択後 ) で理論予想に規格化 W+jets と QCD 背景事象 (tau の誤同定 ) アイデア : jet が tau に fake するとき tau の電荷はランダムなので lepton

6 背景事象の見積もり Z ττ の分布アイデア : Z μμ のデータを用いて μ をシミュレーションの τ に置き換えることで Z ττ の分布を作る事象数は事象選択の途中 (lepton+tau 選択後 ) で理論予想に規格化 W+jets と QCD 背景事象 (tau の誤同定 ) アイデア : jet が tau に fake するとき tau の電荷はランダムなので lepton と tau が同符号 (SS) の事象から異符号 (OS) の事象を見積もる QCD : OS=SS (data,mc ともに確認 ) W+jets : OS>SS quark jet の影響 ( 補正の必要あり ) W+jets OS/SS 比は W CR から求める SS の事象をそのまま使い W+jets の OS-SS 分を補正この方法だと SS に含まれるその他の Fake 事象も同時に見積もることができる W+jets OS-SS SS data 2011 年 9 月 16 弘前大 6

7 系統誤差データから見積もった背景事象主な系統誤差 QCD OS=SS 仮定 W+jets OS/SS 比値 19% (sys.) + 11%(SS stat) 11%(measurement) + 10% (mc model) シミュレーションを用いた背景事象および信号主な系統誤差典型的な値事象数に対する値 Z tautau Signal(@120GeV) Jet/tau energy scale 5-10% 11%(tauのみ ) 26% Tau 同定効率 9.1% 9.1% 9.1% Electron 同定効率 3% 3.0% 3.6% Muon 同定効率 2% 1.3% 1.0% Luminosity 3.7% 3.7% 3.7% 生成断面積 -- 5% 14% (tanβ=20) Generator -- 14% 7% 2011 年 9 月 16 日弘前大 7

8 結果と制限シグナル領域の MMC 分布データの分布は信号なしの分布と一致モデルや生成断面積に対する制限 MMC 分布を discriminant とする Profile likelihood を構築すべての系統誤差は Nuisance parameter とし Likelihood に入れた Tau/Jet energy scale は分布の違いも考慮 95% CL. の制限を求める 2011 年 9 月 16 弘前大 8

ττ 支配的 H ττ hh チャンネル Trigger : 2 hadronic tau 2 hadronic

9 結果の前に H ττ ll チャンネル One electron + one muon Scalor sum : e+mu+met<120gev (top veto) e-mu が back-to-back 背景事象 : Z ττ 支配的 H ττ hh チャンネル Trigger : 2 hadronic tau 2 hadronic taus+large MET 背景事象 : QCD が支配的 2011 年 9 月 16 弘前大 9

MSSM mhmax シナリオ tanβ, ma の二次元平面に制限を与える Excluded Allowed ma=110-140gev で

10 MSSM mhmax シナリオ tanβ, ma の二次元平面に制限を与える Excluded Allowed ma= gev で tanβ>15 を ma=400gev で tanβ>40 を棄却すべての領域で lh チャンネルが支配的 2011 年 9 月 16 弘前大 10

11 モデルによらない制限と SM ヒッグス ggf, bbφ 過程のアクセプタンスを仮定して σ φ xbr(φ ττ) に対する制限を与えた SM ヒッグスの生成断面積に対する制限を与えた ( 制限を理論予想で規格化 ) 標準理論の 6 倍の制限 (expected は 12 倍 )@120GeV 2011 年 9 月 16 弘前大 11

まとめと今後の展望 2011 年夏までのデータ (1fb -1 ) を用いてタウレプトン対に崩壊する過程でヒッグス探索を行った結果は信号なしの分布と一致 MSSM(mhmax) シナリオのパラメータの棄却領域を大幅に広げた ma=110-140gev で tanβ>15 を ma=400gev で tanβ>40 を棄却標準理論ヒッグスに対する制限も与えたが

12 まとめと今後の展望 2011 年夏までのデータ (1fb -1 ) を用いてタウレプトン対に崩壊する過程でヒッグス探索を行った結果は信号なしの分布と一致 MSSM(mhmax) シナリオのパラメータの棄却領域を大幅に広げた ma= gev で tanβ>15 を ma=400gev で tanβ>40 を棄却標準理論ヒッグスに対する制限も与えたが最適化をする必要がある標準理論の 6 倍の制限 (expected は 12 倍 )@120GeV 今後 VBF 過程に最適化した解析を行う VBF 過程の特徴的である前後方のジェットを要求することで S/N 比が大幅に改善 (S/N>1) 現在の VBF 過程の事象数は選択後で 1.1event 5fb-1 で 6event 予想される 2011 年 9 月 16 弘前大 12

13 backup 2011 年 9 月 16 弘前大 13

14 Missing Mass Calculator タウ粒子の質量は自身の運動量に比べて小さいため崩壊粒子の方向はタウ粒子の方向に近いタウ粒子の方向と再構成可能な崩壊粒子 ( 群 ) の角度分布 (θ 3D ) を仮定して質量解を探したもの ν τ taujet 効率 lepton ν τ ν l 2011 年 9 月 16 弘前大 14

15 Z tautau background shape μ Z->μμ (+jets) data jet μ ν τ MC τ taujet jet MC τ lepton ν τ ν l 2011 年 9 月 16 弘前大 15

16 Transverse Mass[GeV] QCD C.R. 背景事象の見積もり具体的な方法 W+jets C.R Signal Region Missing Et [GeV] 2011 年 9 月 16 弘前大 16

17 系統誤差の詳細アクセプタンス ( 断面積 ) に対する系統誤差の大きさ 3 つの数字はそれぞれ lep-lep/lep-had/had-had チャンネルに相当 2011 年 9 月 16 弘前大 17

18 Profile Likelihood. 統計手法 CLb Test Statistics 統計のポアソン系統誤差 CLs+b Power Constrained Limit (PCL) CLs 1-CLb S+b の 68%( 最近は 50%?) 以下に観測したときそこで止める (i.e. CLs+b=16%) CLs = CLs+b/(1-CLb) もはや確率ではないが CLs<5% を棄却とすると CLs+b のようなあやまちはない Note : b-only の中心が観測されたとき CLs=2*CLs+b 2011 年 9 月 16 弘前大 18

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LHC における Higgs 探索東京大学素粒子物理国際研究センター中村浩二 On behalf of & 2011 年 9 月 17 日日本物理学会 @ 弘前 1 Higgs 粒子 1964 年 : 対称性の破れとゲージ粒子の質量 (P. Higgs et. al.) 質量のあるスカラー粒子 :Higgs 粒子の存在 Higgs 粒子の質量 : 理論からの予想は困難 1983 年 : W/Z ボソンの発見