低質量ヒッグス粒子の探索 DLMの性能評価 筑波大学 素粒子実験研究室 山田美帆 ヒッグス粒子とは 素粒子標準模型において唯一発見されていない粒子 素粒子に質量を与える元になる粒子として標準模型の中で 重要な位置を占めている。 ヒッグス粒子の生成過程 ・グルーオン融合(gg→H) 終状態の似たものが多い ・ヒッグス放射(W→WH, Z→ZH) 終状態の似たものが少なく、区別しやすい ヒッグス粒子の崩壊 ヒッグス粒子は自分より軽い最も重い粒子に崩壊しやすい H 2mW H bb H 2mW H WW ( Low Mass Higgs) 110 ~ 150 GeV ( High Mass Higgs) 160 ~ 200 GeV 今回は低質量ヒッグス粒子を探索する 終状態がレプトン＋ニュートリノに崩壊するものを扱う したがって、 WH lbb となるイベントを解析する CDF シリコン飛跡検出器 ジェットがbかどうか印を つける(b-tag) 中央飛跡検出器 粒子の飛跡をとらえ 運動量を測定する カロリメータ ・電子、光子のエネルギーの測定 中央:CEM 、前後方:Plug (Phoenix) ・ジェットのエネルギーの測定 ハドロンカロリメータ イベントセレクション 1 lepton (e or m) + 2 tight jets + MET 1.2 < |h| < 2.5 (Plug electron) Z veto , QCD veto (non W) b-tag : at least 1 secvtx tag Et依存性 : Central + Plug h依存性 : Plugのみ （全てのイベント） Selection Criteria for making TF Et jet＞15GeV (tight jet |h|＜2) Et lepton ＞15GeV MET＞20GeV Plug Electron events for Analysis jet : tight jet (Et >20GeV) b-tag : double secvtx lepton (e) : Et > 20GeV (plug) MET > 25GeV ビーム軸となす角度 h log tan 2 Dynamical Likelihood Method 理論的に計算できる崩壊行列を用いて、シグナルとバックグラウンドを識別 する解析手法である。 シグナルの場合理論的に計算できる断面積はバックグラウンドに比べて大 きくなるはずである。 WH lbb すべての過程が理論的に計算可能なので、イベントごとにこれらの過程 の断面積がどうなるか調べる。 d LN w d L : Likelihood (尤度) d : 断面積 d w :トランスファーファン クション トランスファーファンクション パートンレベルでyという物理量であった とき、ある確率でx１もしくはx2という物理 量として測定される。 モンテカルロにより確率分布を調べる パートンレベルの物理量 パートンレベルの物理量と測定された物理量の関係を表わす DLMの性能を決めるために重要 ・測定器の性能、特性、その他の効果を含んでいる ・確率として最尤関数に含まれる W(x1|y) y W(x2|y) x1 x2 測定された物理量 トランスファーファンクション トランスファーファンクションはエネルギー依存性、角度依存性を持つ したがって、ビーム軸垂直方向のエネルギーEt、ビーム軸となす角度hを パラメータとして表わす。 h log tan 適当な変数変換でパラメータ化しやすくする 2 Et parton Et Et parton , Pt parton Pt Pt parton , parton , h parton h Et parton Et Pt parton Pt Et parton Pt parton パラメータ化 parton MC MCとパラメータ化したTFはほぼ一致している h parton h トランスファーファンクション(電子) 110≦mH≦120 140≦mH≦160 120＜mH＜140 トランスファーファンクション(ニュートリノ) Et parton Et Et parton parton 110≦mH≦120 120＜mH＜140 140≦mH≦160 WH lbb の解析 ヒッグス粒子の質量に対してどのような振舞いをするか？ ヒッグス質量 [GeV] DLM期待値 [GeV] 110 117.644 120 128.497 130 128.377 140 138.599 150 151.060 Total 2 2 log( L) evtnum ヒッグス粒子の質量に対して相関を 持っていることが分かる バックグラウンド シグナルとバックグラウンドの識別 tt 12event single t (s-ch) 33event Wbb 25event まとめ やったこと ・Plug Electron イベントにおける、電子とニュートリノのTFの作成 ・DLMのヒッグス質量の依存性の検証 ・シグナルとバックグラウンドの識別 結果 ・ シグナルモンテカルロのヒッグス質量の値とDLMの期待値がほぼ一致している(130～150GeVにおいて) ・ シグナルとバックグラウンドの識別ができている したがって、ヒッグス粒子の質量探索においてPlug Electronを持つイベントに対してDLMは 機能している →解析に用いることが可能 To Do ・110,120GeVでのDLM期待値の再計算 ・シグナル(MC)と全バックグラウンドのセパレーションを行う ・ヒッグス粒子の断面積の上限を求める Back Up CDF Breit-Wignerの共鳴公式 s=m2になったとき、2は最大になる。 つまり、 2が最大になるsをみつけて やれば、それがヒッグス粒子の質量 ということになる。 1 2 (E) (s m 2 ) 2 m 2 2 s : 4-momentum Formulation of likelihood function Likelihood function of DLM: Lhpart | M ( H bb ) |2 mH / 2 2 2 ( s2 jets mH ) 2 mH H d L path ( y | x, ) N w( y | x) d N Lhpart Lwpart L product α: parameters (mH) x: parton level variables y: measured variables w(y|x): transfer function N: constant w jet1 ( Et jet , pt jet , jet ,h jet | Et parton, pt parton, parton,h parton) w jet 2 ( Et jet , pt jet , jet ,h jet | Et parton, pt parton, parton,h parton) Lwpart | M (W l l ) |2 1 wl ( Etl , ptl , l ,hl | Et parton, pt parton, parton,h parton) w ( Et , | Et parton, parton) 2 2 2 ( sl mW ) 2 mW W L product I (a, b) | M (ab W ) |2 | M (W WH ) |2 2016/7/9 1 2 2 2 ( sW H mW ) 2 mW W CDF-Japan meeting Formulation of likelihood function Squared absolute value of matrix element: 2 g 2 mb 2 | M ( H bb ) | 4 ( p p m ) b b b 2 4mW 2 2 2 2 2 1 1 | M (W l ) | gW ( )( kl k ) 3 2 2 2 | M (W WH ) | ( gW mW ) 2 2 2 ( pH pW ) pW (2 ) mW 2 4 2 2 2 1 1 | M (ab W ) |2 gW ( )( k a kb ) 3 2 2 s2 jets , sl , sW H : squared invariant mass of 2 jets( Higgs ), lepton (W ) and WH (W * ) kl , k , pb , pb : 4 monemtum of lepton, neutrino, b and b ( parton level ) mH , mW , mb : mass of Higgs , W , and b H , W : decay width of Higgs and W g : coupling constant g gW W : Weinburg angle cos W 2016/7/9 CDF-Japan meeting WH→lbb WH→lbbは理論的にMatrix ElementとPropagatorの積によって 表わされる。 Vertex : Matrix Element Inner Line : Propagator (Breit-Wigner) Et-Et and Et-h Pt-Et and Pt-h -Et and -h h-Et and h-h Et-Et (e) -Et (e)
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