Search for the Standard Model Higgs Production of H->WW(*)->lnln at CDF Ai Mochizuki High Energy Physics Seminar 2006.10.6 High Energy Physics Seminar 1 outline Introduction Data Sample & Event Selection Signal and Background Modeling Systematic Uncertainty Results Conclusion High Energy Physics Seminar 2/32 Introduction ベクトル粒子 スカラー粒子 High Energy Physics Seminar 3/32 1990年代、LEP,Tevatronの実験結果により ☆標準モデル⇒非常に高い精度で検証 ☆力の源⇒ゲージ対称性 <21世紀に残された課題> CDF RUNⅡのdataを 用いて検証 Higgs粒子の発見 電弱対称性破れの起源（弱い相互作用と電磁相 互作用の統一） 超対称性粒子の発見 TeV領域の新しい物理（強い相互作用、電弱相互 作用、重力の３つの力の統一） 素粒子の世代は何故３世代なのか？？ High Energy Physics Seminar 4/32 自発的対称性の破れ gauge場に質量項を加えると、Lagrangianのgauge 対称性を破る gauge理論は質量0のgauge bosonが必要 しかし、gauge bosonは質量を持つ (MZ=91GeV ,MW=80GeV) 解決方法として 自発的対称性の破れ、Higgs機構 High Energy Physics Seminar 5/32 Higgs mechanism (はじめ質量がなかった場が質量を獲得する機構) 複素スカラー場で以下のようなポテンシャルVを導入 但し ポテンシャルの最小値は 2 V 2 2φ(x) μ 2λφ(x) 0 φ μ2<0,λ>0の場合を考えると、 α β 1 i i 2 1 2 3 4 U(1)の場合 但し n High Energy Physics Seminar 2 Higgs場が極 小となる円 6/32 を真空0のまわりで展開し、ラグラジアンを求める Higgs doubletの4つの自由度 ３つ ⇒ ３個の重いベクトルボソンの質量 残りの１つ ⇒ １個のスカラー粒子(Higgs boson)の質量 質量0のgauge bosonに質量を与えることができた <Higgs boson mass> <Gauge boson mass> gw, g’w : coupling constants High Energy Physics Seminar 7/32 hadron colliderでのHiggs粒子生成過程 <gluon fusion> <vector boson fusion> jet background が多い Ptが大きいjetが ２本 <strahlung off vector bosons> <bremsstrahlung off top quark> H ・top quarkの 湯川結合 ・background が少ない Tevatronでは 主チャンネル High Energy Physics Seminar ・軽いMHには 8/32 重要な過程 Higgsの生成断面積 LEP dominant production Higgsとfermion との結合 湯川couplingに よるHiggsの生成 High Energy Physics Seminar 9/32 Higgsの崩壊過程 ☆MH<135GeV (軽いHiggs) ・lepton,quark pairに崩壊 ☆MH>135GeV ・ほとんどがWW/ZZへ崩壊 解析しやすい ・湯川couplingの測定 b : 4.2 GeV t : 1.8 GeV (重いHiggs) bb tt cc c : 1.25 GeV Higgsは重いもの と結合しやすい！ High Energy Physics Seminar 10/32 CDF RUNⅡ実験 Tevatron proton-anti proton collider center-of-mass energy √s=1.96TeV in Run Ⅱ (2001～) 現在のIntegrated luminosity 1.9fb-1 Collider Detector at Fermilab (CDF) 1994 top quarkの発見 High Energy Physics Seminar 11/32 search for the signal of a high-mass SM Higgs boson (135 GeV <MH<185GeV) dominant SM Higgs production ⇒gluon-gluon fusion dominant Higgs decay ⇒W boson ⇒lepton １つ+neutrino 1つ electrons,muons or jet ２つ gg->H->WW->lνlν (leptons + neutrinos) High Energy Physics Seminar 12/32 Data Sample & Event Selection <CDF RUNⅡ> Integrated luminosity 360±22pb-1 data March 2003～September 2004 <hardware trigger>(initial ) electron <software trigger>(final) muon electron Eem,t>8GeV Pt > 6GeV matching track Pt > 8GeV Pt > 4GeV muon Eem,t>18GeV Pt > 18GeV matching track Pt > 9GeV <final trigger> forward : electron Et>20GeV High Energy Physics Seminar missing transverse energy > 15 GeV central trigger 13/32 acceptance : 97.5% 具体的には…<hardware triggerの場合> electron muon Pt > 6GeV Eem,t>8Ge V Pt > 8GeV Pt > 4GeV High Energy Physics Seminar 14/32 Event Selection Pt > 20GeV (trigger lepton) この2つの primary lepton Pt > 10GeV(non-trigger lepton) が必要 このような２つのleptonを選ぶ ⇒calorimeterやtrackで間違ったjetや重いquarkの semileptonic decayからのleptonを落とすことができる High Energy Physics Seminar 15/32 Event Selection <jet veto> <今捜しているchannel> 終状態:lepton２つ＋neutrino2つ no jet <backgroundの一例> b l ν l ν b jet 終状態:lepton２つ＋neutrino2つ ＋ jet２つ jetをvetoすれば jet High Energy Physics Seminar このようなbackgroundは 落とせるはず！ 16/32 ところが… hadron collider 大量のgluonが存在 gluon emissionがちょくちょく起こる initial state gluon radiation (ISR)のsoft jetはOKとする soft jet High Energy Physics Seminar 17/32 jet veto for jet with Et>15GeV, |eta| < 2 ISRが多いため、soft な1jet or 2jet eventも ΔR=0.4 使う ☆number of jet = 0 ☆number of jet = 1 this jet Et< 55GeV ☆number of jet = 2 each jet Et< 40GeV High Energy Physics Seminar 18/32 Higgs bosonの性質 Higgs boson: spin 0の粒子 Higgs decay to WW: WWのhelicityが揃う 終状態でlepton同士、ニュートリノ同士は同じ向きにでや すい large missing Et l+ φ ν l- ν small azimuthal angle between leptons small dilepton invariant mass High Energy Physics Seminar 19/32 cut後の主なbackground Drell-Yan過程 hadron-hadron衝突によるレプトン対の生成 leptonに崩壊するのは、 e,μ,τ Z/ τ->ντ+ l +νｌ 崩壊にニュートリノを含む missing Etはない High Energy Physics Seminar missing Etを持つ 20/32 <Z→ee,> Event Selection ☆Drell-Yan(Z→ll)のcut dilepton invariant mass < MH/2-5 GeV missing Et > MH/4 <Z→tt> missing Et < 50GeV or azimuthal angle between missing Et and the closest object (lepton) > 20degree High Energy Physics Seminar 21/32 Event Selection sum of lepton Pt + missing Et < MH High Energy Physics Seminar 22/32 Data vs Monte Carlo(MC) ②+③ それ自身以外の2つのcutをか けた ①Missing Et ②dilepton invariant mass ③ sum of lepton Pt + missing Et ① ①+③ ①+② High Energy Physics Seminar ② ③ 23/32 <before> すべての cutを適用 <after> High Energy Physics Seminar 24/32 Signal and Background Modeling Signal : PYTHIA 6.2 Higgs mass :110 – 200GeV 10GeV stepでスキャン <Total Signal acceptance > ☆product of WW leptonic decay branching ratio ☆geometric, kinematic acceptance ☆ lepton identification efficiency ☆ trigger efficiency data ☆topological cut efficiency High Energy Physics Seminar 25/32 QCD/W + jet Backgroundの見積もり方法 (a) jetのdataを使ってleptonと間違えてしまうjetの確率を推定 jetをelectronだと jetをmuonだと 思ってしまう確率 思ってしまう確率 electron High Energy Physics Seminar muon 26/32 QCD/W + jet Background (b) 高いPtのleptonを含むeventを選択 W + jet leptonは１つあることが確定 1つのjetをleptonと間違えてしまうと、 signal event selectionを通ってしまう (c) (b)で選択したlepton + jetのeventに(a)の確率を かけてbackgroundを見積もる lepton typeと jet Etの関数 QCD/W + jet background jet misidentification probability: the order of 10-2 ２つのjetをleptonだと思ってしまうbackgroundは無視できる High Energy Physics Seminar 27/32 Systematic Uncertainties Integrated luminosity: 6%の不確かさ < systematic uncertainties on signal acceptance> Initial-state radiation(IRS) 3% αs 3% Parton distribution function(PDF) 3% Trigger efficiency 1% < systematic uncertainties on backgrounds> WW 9% WZ/ZZ 9% Wγ 7% ttbar 8% Lepton identification 2% track isolation 2% QCD/W+jet 50% Jet energy scale(JES) 1% Z/γ* ( Drell-Yan) 20% Total acceptance uncertainty 6% High Energy Physics Seminar 28/32 Results DFll distributions event selection後、 lepton間の小さな方位角 ΔΦllを使って eventのexcessを捜した data vs SM expectation しかし、 ΔΦllのdata分布とSM期 待値を比較すると excessは見られず、 Higgs粒子発見には至 らなかった…残念！！ High Energy Physics Seminar 29/32 95% CL upper limit of σ(gg->H) ×BR(H->WW) using Bayesian statistics procedure 惜しい！ あともうちょっと！！ 約10倍 High Energy Physics Seminar 30/32 Conclusion Searched for SM Higgs boson production gg->H->WW(*)->lνlν leptonic decay (proton-anti proton collider at √s=1.96TeV) SM backgroundの期待値とdataはよく一致 no excess was observed Higgs massの関数として σ×BR(gg->H->WW)の95% CL upper limitを設定 LHCでの期待が高まる！ High Energy Physics Seminar 31/32 資料 http://www-cdf.fnal.gov/physics/exotic/r2a/20050929.HWW/ Conference note CDF 7893 hep-ph/9803257 Electroweak Symmetry Breaking And Higgs Physics Quarks And Leptons 素粒子物理学 原康夫 著 High Energy Physics Seminar 32/32 back up High Energy Physics Seminar 33/32 Introduction <Standard Model> 1990年代、 LEP,Tevatronの実験 結果により ☆標準モデル⇒非常に高 い精度で検証 ☆力の源⇒ゲージ対称性 High Energy Physics Seminar 34/32 大統一理論 電磁力、弱い力、 強い力の３つの 力の統一 High Energy Physics Seminar 35/32 Promising channels for SM Higgs (MH <140GeV) High Energy Physics Seminar 36/32 Promising channels for SM Higgs (MH>140GeV) High Energy Physics Seminar 今回はこのchannel について見る 37/32 Signal and SM background expectation summary High Energy Physics Seminar 38/32 High Energy Physics Seminar 39/32
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