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
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Transcript 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
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,Hbbチャンネル
c2 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
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
(120GeV)
Yb
Htt
(115~125GeV)
HWW
(130~180GeV)
Yt
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
12通りからc2 method で選択
大きなcombinatorial BG
ttbb, tt BG
QCD processのttbb BGが大
Event Generation
• ttH(bb) signal
– PYTHIA 6.2
PDF (all samples): CTEQ5L
mH(GeV)
s×BR(pb)
110
0.52
120
0.35
130
0.21
• tt+jets background (ttbbは除外, reducible)
– PYTHIA 6.2
• ttbb background (irreducible)
– COMPHEP 4.1 + PYTHIA 6.2
s = 491 pb
s = 8.75 pb (QCD)
0.85 pb (EW)
Fast simulation (ATLFAST) によりDetector効果を導入
Full simulationに基づきparametrize
Event Selection
Number of isolated lepton = 1
for electron, pT>25GeV, |h|<2.5
for muon, pT>20GeV, |h|<2.5
Number of light flavor jet >= 2
Decay mode
Hbb
tlnb
tjjb
pT>20GeV, |h|<2.5
pT>40GeV for at least one jet
b-jet:
Number of b-jet = 4
pT >30GeV, |h|<2.5
fast simulationにおいて
e = 60%
Rc = 10
Rj = 100
c2 method
条件
nは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
c2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(lnb), t(jjb)
light flavor jets(>=2)から2jets選択
nのpzの2解から1つを選択
c2 =
(mlnb mt ) 2
s
2
lnb
(m jjb mt ) 2
s
2
jjb
(m jj mW ) 2
s 2jj
(s lnb = 9.2GeV , s jjb = 12.2GeV , s jj = 8.9GeV )
2 top, higgs reconstruction
ttH signal event (mH=120GeV, L=30fb-1)
top (lnb)
top (jjb)
mlnb
mjjb
Higgs (bb)
長く大きなテール
Combinatorial BG
120±30GeVで約50%
mbb
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 (ln) 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 frame)
ttH signal
1.
2.
3.
4.
Modified c2 method
Likelihood
ttH signal
Combinatorial BG の46%でc2最小から3以内に正しい組合せが存在
c2最小から3以内で最大のLikelihoodをもつ組み合わせを選択
Correct combination
12% 上昇
mbb
解析結果
signalの半数はCombinatorial BG
ttbb (QCD) BG が大
(mH=120GeV ,L=30fb-1)
Number of event (120±30GeV)
Process
c2
+likelihood
ttH (true)
11.3
12.7
ttH (comb.)
12.1
12.2
ttH (total)
23.4
24.9
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
tt
mbb
Matrix Elementによる分析
さらに、Combinatorial BGを減らすことは可能か?
jjb, lnb, higgsの7つの4vectorからMEを計算、ウェイトを求める
4 vectors
jjb
lnb
higgs
Grace 2.2.0
Matrix Elementを計算
20 diagrams and interference
4bの組み間違えに対してこのウェイトが感度をもつ
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)
ttH signal
Parton Level
Parton Level
Detector Level
Detector Level
Red: correct comb.
Blue: exchange 4b
correct
-log(ME)
wrong
Red: correct comb.
Blue: exchange 4b
-log(ME)
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
c2、Likelihood等のMethodの限界を示唆
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)
generator
b-jet (b quark起源)
c-jet (c quark起源)
light-quark-jet (その他)
b-tag
e = 60%
Rc = 10
Rj = 100
(Full simulationに基づく)
• 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
b-jet
light-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
• Q2QCD CMS: mH2 for ttH, ttZ
mt2+(pTt12+ pTt22+ pTq12+ pTq22)/4 for ttqq
ATLAS: mt2+maxPT2 for ttH, tt
mt+mH/2 for ttbb
K-factor CMS:
1.5 for signal and ttZ BG
ATLAS: 1.0
Reconstruction
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