PROCURA DO BÓSON DE HIGGS NO ATLAS/CMS (LHC)burdman/FP1/Apres/YuberPerez.pdf · Procura do bóson de Higgs no LHC MH < 140 GeV O decaimento é principalmente em pares b¯b ... CERN

PROCURA DO BÓSON DE HIGGS NO ATLAS/CMS(LHC)

YUBER F. PÉREZ G.

IFUSP

Yuber Pérez (IFUSP) Procura do Higgs no LHC 1 / 25

Conteúdo

1 Introdução

2 Canais de Produção do Higgs no LHC

3 Canais de Procura

4 Experimento ATLASLimites de exclusão

5 Experimento CMSLimites de exclusão

6 Sensibilidade do LHC para o Higgs


Introdução

Introdução

Modelo Padrão (MP)A massa do Higgs é um parâmetro livre.

A descoberta confirmaria a validade da quebra espontânea da simetria eletrofraca

Regiões excluidas experimentalmenteLEP < 114 GeV

TeVatron a 95% CL(156− 183) GeV

Medidas indiretas (modelo padrão)> 285 GeV


Canais de Produção do Higgs no LHC

Fusão de Glúonspp → gg → H

�g

g

H

Mecanismo predominante daprodução do bóson de Higgs commassas intermediárias.

Como consequência do MP o quarkno loop corresponde ao top.

Processo estudado com correções daQCD e Eletrofracas até NNLO eNNLL.

σLO(gg → H) =GFα2

s

287√

2π

∣

∣

∣

∣

∣

∑

q

AHq (τq)

∣

∣

∣

∣

∣

2

δ

(

1−M2

H

s2

)

(1)

com (τ = 4m2q/M2

H)

AHq =

32τq (1 + (1− τq)f (τq)) (2)



Correções da QCD

Figura:Correção da QCD em NLO à fusão de gluóns [1]



Fusão de Bósons vetoriaisq̄q → qqH

�q̄ q̄′

q q

H

O bóson de Higgs é criado com doisjatos movendo-se em direçõesopostas

Competitivo para massas grandes doHiggs (Mh ∼ 1 TeV).

É um dos processos mais sensiveis àfísica além do modelo padrão.

Correções da QCD conhecidas atéNNLO



Produção associada de bósons vetoriaisqq̄ → W/Z H

�q

q̄

W/Z

HÉ importante devido à possibilidadede rastrear o bóson vetorialW/Zassociado.

Sua seção de choque é duas ordens degrandeza menor do que da fusão deglúons.

As correções da QCD foramcalculadas até ordem NNLO.

A seção em ordem mais baixa é dada por

σ(qq̄ → VH) =G2

FM4V

288πQ2((gq

V)2 + (gqA)2)λ

12λ + 12M2

V/Q2

(1− M2V/Q2)2

(3)



Produção associada de quarks toppp → t̄tH

�g t

g t̄

H

Para massas intermediárias éigualmente significativo que aprodução associada dos bósonsvetoriais. massasMH ≤ 130GeV.

Este canal tem uma seção de choquemaior do canalpp → VH.

Também pode prover informaçãosobre o acoplamento de Yukawa dotop.



Seções de choque da produção

Figura:Seções de choque para os canais de produção [1]


Canais de Procura

Procura do bóson de Higgs no LHC

MH < 140 GeVO decaimento é principalmente em paresbb̄

A produção associada de parest̄t incrementa a significância do decaimentoH → bb̄

O canal promissório éH → γγ, embora possua muito fundo.

140 GeV< MH < 800 GeV

A assinatura mais clara é dada pelo decaimentoH → ZZ(∗) → 4l±

No intervalo 155 GeV< MH < 170 GeV o estudo deve centrar-se nodecaimentoH → WW → l+l−νν̄

MH > 800 GeVO decaimentoH → ZZ∗ → 4l± não é mais visível

É preciso procurar o canalH → WW, ZZ → l+l−νν̄


Canais de Procura

Razões de ramificação

Figura:Razões de Ramificação do decaimento do Higgs[1]

MH < 114 H → γγ

140< MH < 180 H → WW(∗)

MH > 2MZ H → ZZ


Canais de Procura

Razões de ramificação

Figura:Razões de Ramificação do decaimento do Higgs[1]

MH < 114 H → γγ

140< MH < 180 H → WW(∗)

MH > 2MZ H → ZZ


Experimento ATLAS

Experimento ATLAS

Figura:Experimento ATLAS [2]


Experimento ATLAS Limites de exclusão

CanalH → WW(∗)

Assumimos queWW(∗) → l+l−νν̄

Procuramos por pares de léptons como forte correlação de spin.

[GeV] HM120 130 140 150 160 170 180 190 200

95%

CL

Lim

it / S

M

1

10 Conservative systematicsOptimistic systematics

1 sigma±2 sigma±

ll→WW→H=7 TeVs

-11 fb

ATLAS Preliminary(Simulation)

Figura:Limites esperados da produção do Higgs no canalH → WW(∗) [4]



CanalH → ZZ(∗)

Assumimos queZZ(∗) → 4l±

Pares leptónicos com massasinvariantes igual amZ

Fundos Principais

qq̄ → ZZ(∗)

gg → Zbb̄

(GeV)HM150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

-195

% C

L lim

it/S

M fo

r 1

fb

1

10

4l→(*) ZZ→HMedian

σ 1 ±Median σ 2 ±Median

s=7 TeV√

ATLAS Preliminary(Simulation)

Figura:Limites esperados da produção do Higgs no canalH → ZZ(∗)[4]



CanalH → γγ

Fundos PrincipaisIrredutíveis qg → gγ, qq̄ → γγ, gg → γγ

RedutíveisJatos mal identificados como fótons.

ATLAS

-11 fb = 7 TeVs

(Simulation)

Signal x10

(Born & Brem)γ γ

(Box)γ γ

-jetγ

Di-jet

Drell Yan

Preliminary

[GeV]γγM100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150

Num

ber

of E

vent

s/G

eV

0

50

100

150

200

250

300

350

400

)-1 Toy sample (1 fb

= 120 GeV)H

(m γγ →H

Figura:Distribuição de massa invariante de di-fóton a√

s = 7 TeV (simulação)[4]



Sensibilidade do ATLAS

[GeV]HM110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

qqH

)[pb

]→

H+

qq→

(gg

σ95

% C

.L.

1

10

210 CombinedγγWW+ZZ+

σ 1±σ 2±

Standard Model (NLO)

=7 TeVs-1

L dt=1 fb∫

ATLAS Preliminary (Simulation)

Figura:Sensibilidade do ATLAS com uma luminosidade integrada de 1fb−1[4]


Experimento CMS

Experimento CMS

Figura:Experimento CMS[3]


Experimento CMS Limites de exclusão

CanalH → WW(∗)

Seleção de eventosEventos com léptons bem reconstruídos.

É necessário ter uma certa energia perdida.

Figura:Simulação da massa invariante do sistema di-lépton paraMH = 160GeV[5]



CanalH → ZZ(∗)

Figura:Simulação da seção diferencia invariante de massa no canalH → ZZ(∗)[6]



Sensibilidade do CMS

Figura:Sensibilidade do CMS com uma luminosidade de 5fb−1



Significância Estatística do CMS

Figura:Significância Estatistica do CMS


Sensibilidade do LHC para o Higgs


ATLAS e CMS 95% de CL (GeV) 3σ (GeV) 5σ (GeV)1 fb−1 120-530 135-475 152-1753 fb−1 114-585 120-545 140-2005 fb−1 114-600 114-600 128-48210 fb−1 114-600 114-600 117-135



Luminosidade integrada esperada

Figura:Luminosidade integrada esperada



Referências

M. Spira,ArXiv e-print, hep-ph/9705337v1.

CERNhttp://public.web.cern.ch/public/en/lhc/ATLAS-en.html

CERNhttp://public.web.cern.ch/public/en/lhc/CMS-en.html

ATLAS colaboration.ATL-PHYS-PUB-2010-015.

Search Strategy for a Standard Model Higgs Boson Decaying to Two W Bosons in theFully Leptonic Final State.CERN Document Center

Search for the Higgs boson in the ZZ* decay channel with the CMS experimentCERN Document Center

G. L. KanePerspectives on Higgs Physics.World Scientific, 1993.

J. F. Gunion, et al.Yuber Pérez (IFUSP) Procura do Higgs no LHC 24 / 25

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