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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. 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 - PowerPoint PPT Presentation
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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
東大理,高エ研 A ,東大素セ B ,筑波大物理 C ,岡山大理 DKEK 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,Hbb チャンネル method による reconstruction Likelihood の導入 Matrix Element を用いた分析 まとめ
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
Hbb H HWW
(120GeV) (115 ~ 125GeV) (130 ~ 180GeV)
Yt
Yb Y gw
ttH, Hbb 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 2 method で選択
大きな combinatorial BG
ttbb, tt BGQCD process の ttbb BG が大
Event Generation
• 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
mH(GeV) 110 120 130
BR(pb) 0.52 0.35 0.21
= 491 pb
= 8.75 pb (QCD) 0.85 pb (EW)
PDF (all samples): CTEQ5L
Event Selection Number of isolated lepton = 1
for electron, pT>25GeV, ||<2.5
for muon, pT>20GeV, ||<2.5
Number of light flavor jet >= 2pT>20GeV, ||<2.5
pT>40GeV for at least one jet
Number of b-jet = 4pT >30GeV, ||<2.5
Decay mode H b b t l b t j j b
b-jet: fast simulation において 60% Rc = 10 Rj = 100
method
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
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(lb), t(jjb) light flavor jets(>=2) から 2jets 選択 pz の 2
2
2
2
2
2
22
)()()(
jj
Wjj
jjb
tjjb
bl
tblmmmmmm
)9.8,2.12,2.9( GeVGeVGeV jjjjbbl
2 top, higgs reconstruction
長く大きなテールCombinatorial BG
120±30GeV で約 50%
Higgs (bb)
mbb
mlb
top (lb)
mjjb
top (jjb)
ttH signal event (mH=120GeV, L=30fb-1)
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 (l) 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 fram
e)1. 2. 3. 4.
ttH signal
Modified methodLikelihood
Combinatorial BG の 46% で Likelihood をもつ組み合わせを選択
mbb
Correct combination 12% 上昇
ttH signal
解析結果 signal の半数は Combinatorial BG ttbb (QCD) BG が大
Process 2 +likelihood
ttH (true) 11.3 12.7
ttH (comb.) 12.1 12.2
ttH (total) 23.4 24.9
tt 23.1 19.9
ttbb (QCD) 92.8 90.5
ttbb (EW) 10.9 15.5
total BG 116.8 125.3
purity % 48.2 50.8
S/√B (+comb.) 2.16 2.23
S/√B 1.00 1.08
(mH=120GeV ,L=30fb-1)
mbb
Number of event (120±30GeV)
Matrix Element による分析さらに、 Combinatorial BG を減らすことは可能か? jjb, lb, 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
4 vectors j j b l b higgs
Grace 2.2.0 Matrix Element を計算 20 diagrams and interference
ウェイト -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 、 Likelihood 等の Method の限界を示唆
ttH signal
Parton Level Detector LevelRed: correct comb.Blue: exchange 4b
Red: correct comb.Blue: exchange 4b
-log(ME) -log(ME)
Parton Level Detector Level
correct wrong
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
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
generator
b-jet (b quark 起源 )c-jet (c quark 起源 )light-quark-jet ( その他 )
b-tag 60% Rc = 10 Rj = 100(Full simulation に基づく )
b-jetlight-flavor-jet
CMS との比較CMS: S/√B = 5.3 (mH=115GeV) 約 2 倍の結果、この差は?
Cross section• PDF CMS: CTEQ4L ATLAS: CTEQ5L• Q2
QCD CMS: mH2 for ttH, ttZ
mt2+(pTt1
2+ pTt22+ pTq1
2+ pTq22)/4 for ttqq
ATLAS: mt2+maxPT
2 for ttH, tt
mt+mH/2 for ttbbK-factor CMS: 1.5 for signal and ttZ BG ATLAS: 1.0Reconstruction 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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