Search for Other Higgs at Run2(+)
寄田浩平（早稲田大学）
2014年3月25日（Tue）
テラすけーる研究会@東京大学
2
SMの圧勝？
arXiv:1303.3570
The universal Higgs fit
arXiv:1312.5353
CMS-PAS-HIG-13-005
3
導入1 （”Other Higgs”）
 Starting from “Observed Higgs”
 SM-Propertyからのずれ
Mass: ΔM/M= ~0.5%→~0.25%?
Spin: 0+ (Hypothesis 検証)
Couplings: Precision Level
Width: measurable?
→ Interferometry !
→ Invisible decay
Self-coupling: @HL-LHC
 直接探索
Another SM-like Higgs
2HDM type-X: (h)/H/A/H±
….. etc
 Others
Vector Boson Scattering (VBS)
“h” throughout
→ EW global fit
→ BSM示唆
+ EW singlet
2HDM, nMSSM
MSSM Inspired
Composite Higgs
Higgs Imposters
Higgs Portal to DM
…
…
…
4
導入2 （”Run2(+)”）
今日
13→14TeV
5.0x1034
7→8TeV
1.6x1034
Run2
IBL,
L1Topo
FTK etc..
2.0x1034
Run3
μ検出器
種々トリガー
L1Calo etc..
HL-LHC→
New Tracker
New Trigger/DAQ
New Calo elec..
5
Trigger@Run2以降
 変更・改善点：
LVL1: ~70KHz → ~100KHz
Topological Selection
HLT: ~500Hz → ~1KHz
Faster/better alg. etc
+ Fast TracKer for HLT
→ Preselectionの強化や
Vertex infoが使用可能に
 やはりL1が肝（HLTは大分楽に。。）
→ Single e/μ(<~30GeV)で死守?
→ Topological Trigger (e.g. dR(a,b))
 HLT～offline qualityへ
→ Turn-onの改善、plateauの向上
具体的なメニューは現在
活発に議論中（→暫定）
L1@2x1034
6
CERN Seminar Sep.21, 2010
JHEP 09 (2010) 091
なにはともあれ、、、
 2-track correlation解析：
SumEt > 60, Ntrk > 85
(Track PT > 0.4GeV)
実験開始直後のCMS Ridge解析に使用
 Run1の経験を前提に、心新たに準備することが重要！
 “Inclusive” Trigger
 “Dedicated” Trigger
戦略的に「Bandwidth」戦争を勝ち抜かなければならない。。。
7
Contents
 BSM Higgs 直接探索
- MSSM φ→ττ（bb,μμ）
- Charged Higgs H± (→τν)
（+ Some Others）
 SM測定
- Vector Boson Scattering (VBS)
- Higgs Self-Coupling
* Run2 & HL-LHC Prospectを適宜入れながら。
8
arXiv:1302.7033
MSSM Scenario (～2HDM type-II)
 2 Higgs Doublets → 5 physical Higgs bosons:
Two CP-even neutrals: h , H scalar
One CP-odd: neutral: A
pseudo-scalar
Two charged:
H+, H* tanβ: v2/v1
 Max-mixing:
- Mh < ~135 GeV
 Observed Higgs
- Mh = 125.5 GeV
Smaller mixing
 No-mixing:
- Mh < ~122 GeV
→少々こだわり（？）を捨てれば（tuneすれば）、まだまだ大丈夫！
9
arXiv:1302.7033
MSSM Scenario (w/ 126GeV)
10
MSSM h/H/A Production
11
tanβ=2.5
MH(GeV)
BR（A→）
H（MH=300GeV）
BR（A→）
BR（H→）
BR（H→）
MSSM H/A Decay
arXiv:1303.7450
arXiv:1303.1787
A（MA=300GeV）
tanβ=2.5
MA(GeV)
12
tanβ
MSSM H/A MA-tanβ map
H/A→ττ
（H/A→bb,μμ）
10
A→hZ
H→VV
~200GeV
250GeV
H→hh
H/A→tt
350GeV
Mass
V,h,tの崩壊はVarietyがあり、いろいろ考える余地有り。
13
CMS-PAS-HIG-13-021 (2013.Nov)
CMS : MSSM φττ
 Event Category:
Full data 解析
μμ/eμ 1st/2nd Pt > 20/10 GeV
eτ/μτ
e/μ Pt > 24/20 GeV
τ Pt > 20 GeV
ττ
2τ Pt > 45 GeV
* Also case for w/ & w/o b-jet
結構ガッツリ来ています。。
14
ATLAS-CONF-2012-094 (2012.Jul)
ATLAS : MSSM φττ(μμ)
少々古い7Tev onlyの結果ですが。。
μμ
τeτμ
τhadτhad
τe/μτhad
 今後は、どうするか？
崩壊過程と質量に依存
→ Single Lepton
→ Lepton+hadron
→ Dihadron
+ X (e.g. 1jet, dR etc) in Run2
① Pt閾値↓ w/ Topological Cut
② Pt閾値↑ w/o Topological Cut
→ SM Higgs, MSSM, BSM等、
総括的に考える必要有り。
15
arXiv:1302.2892
MSSM bbφ(bb)
Trigger: 2jet/3jet (2-btag)
→ 3-bjet with 60/53/20 GeV
う～ん、、やはりQCDが。。
でも、もしττ解析等で何かヒントが
あった場合に、とても大事に。
 Exclusion Limit
Run2では、triggerがさらに厳しくなる。
→追加ジェットくっつけたりする工夫が必須。
16
ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug)
Charged Higgs （H±）
トップより軽い時
トップより重い時
 Event Selection:
Trigger: τhad(>27 GeV)+ Met(>50 GeV)
Offline: τhad(>40 GeV)+ Met(>80 GeV)
+ 4/3jet for light/heavy Higgs
at least one bjet etc. (JetEt>25GeV)
* Signal Efficiency:
0.7%～4.9% for M=90～600 GeV
17
ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug)
H± → τν 結果
Br(H→τν)=1を仮定した制限
Br(H→τν)=1を仮定した制限
< 1%領域に突入
fb領域に突入
18
ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug)
H± : Interpretation in MSSM (mhmax)
Low Mass解析
High Mass解析
（前回の結果）
前回7TeV解析（RM）の（tanβ～10, M～120GeV）ギャップは棄却。
19
Charged Higgs （H±）再考
tanβ=1
tanβ=35
＊ H→τνはもう少しがんばるとして。。（High tanβは、H/A→ττからも）
 160GeV以下が軒並棄却された状況とRun2 Energyを鑑みると、、
tanβにあまりよらず、H→tbの重要性が増す（＋gauginos）
→ ttb(b)的な解析（少々困難）：
→ トリガーの問題でなく、Background(combinatory含む)の問題
→ ttH（→bb）同様、抜本的に取り組むべき課題。
20

Other Results
Invisible Decay: H→χχ
ZH: ATLAS-CONF-2013-011, CMS-PAS-HIG-13-018 (ZH)
VBF: CMS-PAS-HIG-13-013

Cascade decay:
ATLAS CERN-PH-EP-2013-172

FCNC t->H(→γγ)c
ATLAS-CONF-2013-081, CMS PAS Top -12-037

Top Partner
ATL-PHYS-PUB-2013-060/056/051

ttbar resonance (in the g KK search though..)
ATLAS-CONF-2013-052, CMS-PAS-BG2-12-006

・・・
→ 今のところ、なにもない。。
21
126GeV Higgsしか見えない場合
LHCは「Indirect Machine」に！？
→ 精密測定からBSM
・・・高輝度Hadron Colliderでは、ちとつらい?
22
SMからの“ずれ”議論
これまでのトークで各過程すでに議論（?）
Mass, coupling precisions, width challenge etc..
→ ひたすらがんばる
23
arXiv:0806.4145
Vector Boson Scattering (VBS)
 EW Sectorの本質的な理解
打
ち
消
す
SM的思考:
→ これは本当か？
 BSM的思考:
→高エネルギーで釣果が現れる？
☛ WLWL散乱振幅の 𝒔（≳1TeV）依存性を検証したい

24
Vector Boson Scattering at LHC
1. Dibosonの理解・測定
ZZ (ATLAS-CONF-2013-020)
2. VBFの理解・測定
New Physics:
→ Higher order operators

Ex) 6-dimensinal operator
for ZZ etc
VBF Z (arXiv:1401.7610)
σ(ee+μμ)=~226 fb
VBFNLO = 239 fb
25
ATLAS VBS Result（W±W± jj）
 Event Topology:
Same sign leptons (ee/eμ/μμ)
MET, Mjj, dη…etc..
 Non-VBS Backgrounds
VVjj-EW
VVjj-QCD
6
𝛼𝑤
𝛼𝑠2 𝛼𝑤4
* The first VBS WWjj x-section measurement
→ ATLAS result coming soon.. (in a few days)
26
ATL-PHYS-PUB-2013-006 (2013.Jun)
Prospect for VBS at Run2 (+)
 VBS 𝒁𝒁 → 𝒍𝒍𝒍𝒍
==4 leptons (Pt>25 GeV)
- Two opposite sign
- Same flavor pairs
>=2 jet with Pt>50 GeV
- Mjj > 1 TeV
[no Z mass window cut]
Unitarity violation bound@5σ with 3000fb-1
27
Higgs Self-Coupling at HL-LHC
←λHHH
λHHH=0
干渉による
断面積変化
λHHH=1
Kinematicsで
分けるのは困難
λHHH/λHHH(SM) NLO σ（gg→HH）
0
71 fb
1 (SM)
34 fb
2
16 fb
34fb×3000fb-1= 10万事象
→ そもそも「信号数」
の確保が課題
28
Higgs Self-Coupling at HL-LHC
 3000fb-1でのSM hh生成事象の概算数
hh→
bb
WW
ττ
ZZ
γγ


bb
33300
24800
7300
3000
260
WW
ττ
ZZ
γγ
4600
2700
1100
100
400
330
30
70
10
0.5
＊非対角成分は2倍されています
BR: ZZ→llll O(1%)
WW→lvlv O(10%), τ decay(lep35%,had65%)
Acceptance & trigger efficiency etc..→（O（~%））
29
Higgs Self-Coupling at HL-LHC
 HH→bbγγ（~260事象生成@3000fb-1）
カット後は～10事象（Pt(γ)>25GeV, Pt(b)>40/25 GeV）
Background: ZH, ttH, γγbb..（～30事象）
 HH→bbττ（~7300事象生成@3000fb-1）
arXiv:1206.5001
 これまでのstudy（ATLAS/CMS暫定版やarXiv:1206.5001）：
HH→bbγγ/bbττで～2σ程度(?) (λHHH=0の棄却能力)
→ 目指すは“3σ”という感じ
 個人的な感想としては、、、まだ大きく変わる可能性アリ
→さらなる研究が必要（アイディア次第でもある）
30
Higgs Self-Coupling at HL-LHC
 3000fb-1でのSM hh生成事象の概算数
hh→
bb
WW
ττ
ZZ
γγ
bb
33300
24800
7300
3000
260
WW
ττ
ZZ
γγ
4600
2700
1100
100
400
330
30
70
10
0.5
→ bbγγ、bbττのほか、第2、第3の過程が重要：
なんとか、、bbWW, WWWW, WWττ, (bbZZ, ZZWW)も。
・・・それにしても、bbbbは多い。。。（トリガーと分解能が×(!?)）
31
ATLAS-CONF-2014-005 (March.2014)
An example: X→hh→４b’s
> 5つのトリガーを使用
4 btagged jet
 KK G*: 590-710 GeVを棄却
32
ATLAS-CONF-2014-005 (March.2014)
Triggers for X→ hh → ４bjets
→ いろいろと知恵を絞っていきたいところ！？
33
纏めと展望
 テラスケールでは、126GeV Higgsしかみえないのか？
→ 伝統的な方針の抜本的な見直しが必要な時期
* 他実験事実との整合性も考えたうえでの戦略化
a Higgs, g-2, DM, e+ excess, 3.5KeV γ, CMB B-mode?, Bsμμ,,
 今後の実験
－ 𝒙の高いところ（重いもの）は比較的 Straight Forward(?)
→ tt+X,tb+Xがにわかに大事（←b,τ,tのさらなる充実化）
－見逃している”phase space”は？、あきらめている過程は？
→ Trigger戦略、MC生成、解析手法の改良等
なんとしてもRun2でBSMを発見し、HL-LHC&Beyondに弾みを
→ 本研究会での議論に期待
34
Backup

Download Report