Transcript H*WW - 素粒子実験室

ヒッグス粒子探索
ｇｇ→H→WW*→ｌνｊｊにおける
キネマティックフィッターの開発
宇宙史拠点実習 2012/3/19
筑波大学 素粒子実験研究室
M1 永田 和樹
内容
•
•
•
•
•
導入
動機
解析方法
解析結果
Higgs mass :170GeV
Higgs mass : 150GeV
まとめ
テバトロンにおけるヒッグス粒子探索
• gg→Hが最も断面積が大きい生成モード（数百fb）。
• mH>130 GeV/c2ではH→WW*が最も分岐比が高い。
→ 重いヒッグスはH→WW*で探すべき。
• mH>130 GeV/c2はH→WW→ｌνｌνの独壇場。
• H→ZZはコンビネーションにほとんど効いていない。
HWW*lnjj チャンネル
quark
• jet in calorimeter
l
W
n
hadronization
lepton
• e : calorimeter
• m : muon chambers
H
W
u, c
proton
anti-proton
d, s
検出する粒子：
 電子orミューオン 1個
 ニュートリノ 1個
 ジェット 2個
neutrino
• energy invalance
in calorimeter
anti-quark
• jet in calorimeter
H→WW*→ｌνｊｊとH→WW*→lνlv
チャンネル比較
H→WW→lνjj
H→WW→lνlv
WWの崩壊分岐比～30％
WWの崩壊分岐比～5％
QCDのW+jetsバックグラウンドが膨大
バックグラウンドが少ない
νが1個だけ。mHが組める。
νが2個。mHが組めない。
探索ポテンシャルではlνlνにかなわないが、足し
合わせてCDF全体のヒッグス粒子に対する感度
を改善する。
クリーンなチャンネルなので、非
常に探索に向いている。
WW→lνcsでは、c-tagすることで事象をフルに再
構成できる高純度サンプルが選別できる。
発見後のLHCで、大データでの精密測定につな
げたい。
筑波大グループ（須藤、佐藤、金）が新しく解析
を立ち上げたところ。
CDFでは、大グループにより既に
完成度の高い解析手法が確立
されている。
現状のH→WW*→ｌνｊｊの問題点
• mH<160 GeV/c2では…、
– H→WWの片方のWはmW =80.4 GeV/c2 (PDGの値)よりも
軽い質量をもつ →オフシェル、W*。
– バックグラウンド見積もりの都合で、 60<m(l,ν)<100
GeV/c2のカットをしていた。
• レプトン崩壊するWがオフシェルのヒッグス事象を、こ
のカットでたくさん捨ててしまっている。
– Pxν とPyν はカロリーメータの消失エネルギーをもとに測定
できるが、Pｚνは測定値からは直接決めることができない。
• 現状の解析では、m(l,ν)=mW =80.4 GeV/c2 を解いてPｚν
を決めている。
–オフシェルのWに対してこれはよい扱いで
はない！
動機
H→WW*→lνjjチャンネルでのヒッグス粒子探索において、
ヒッグス粒子の低い質量領域に対しても感度を増やしたい。
オフシェルW→lνの扱いを改善するために、
キネマティック・フィッターを開発した。
ニュートリノのZ軸成分の運動量を含む事象の
再構成を改善する。
キネマティックフィッターの開発
TMinuitを使い、LogLikelihood法を用いて、以下の式が
最小となる極値でのパラメーターの値をもとめる。
ニュートリノと2つのJETのPt
Higgs mass: 150GeV
ΓH = 1.73×10-2
Higgs mass: 170GeV
ΓH = 3.80×10-1
W mass : 80.399GeV
ΓW = 3.80×10-1
フィッティングパラメーター
• Jetの運動量、METを測定量の周りで分解能程度で、fluctuate
• ニュートリノのz成分は自由にfluctuate
Ptfit ν=C0×Ptobs ν
Ptfit jet1=C1×Ptobs jet1
Ptfit jet2=C2×Ptobs jet2
Pzfit ν=C3×Pzobs ν
• ブライトウィグナー内のフィット質量は上
記のC0～C3でスケールした運動量で計
算する。
Jet energyとＭＥＴの分解能
右図：JETのPtに対する不確定さ
カロリーメータによるPtの測定が
誤差3％以内で校正されている。
→ σJET ＝0.03×Et
JETに関する補正は
- detector response
- absolute energy scale
の2つ。
Out of cone
については行っていない。
σＭＥＴ ＝√ＭＥＴ
とした。
イベントセレクション
• 1 Lepton (e or μ)
Pt > 20 GeV
|η| < 1
• Neutrino : MET > 20 GeV
• 2 Jets
Et > 20 GeV
|η| < 2
• M(l,ν) > 40 GeV
• モンテカルロシュミレーションと比較する
① サンプル内のH→WW*→lνlνイベントは見ない
② parton とjetはΔR < 0.4でmatchする
→ ヒッグス崩壊終状態の両方のpartonがjetとmatchしたイベ
ントのみ解析する。
解析結果①（Higgs mass = 170GeV)
右図：それぞれの
scaling factorの分布
縦軸：イベント数
横軸：scaling factor
の値
Scaling factor = 1
→fitting前 = fitting後
解析結果②（Higgs mass = 170GeV)
右図：HEPGとの差の分布
横軸：
𝑃(𝑓𝑖𝑡, 𝑜𝑏𝑠) − 𝑃(𝐻𝐸𝑃𝐺)
𝑃(𝐻𝐸𝑃𝐺)
赤色：fit
青色：observe
解析結果③（Higgs mass = 170GeV)
右図：粒子の質量
の分布
縦軸：イベント数
横軸：GeV
赤色：fit
青色：observe
黒色：HEPG
解析結果①（Higgs mass = 150GeV)
右図：それぞれの
scaling factorの分布
縦軸：イベント数
横軸：scaling factor
の値
Scaling factor = 1
→fitting前 = fitting後
解析結果②（Higgs mass = 150GeV)
右図：HEPGとの差の分布
横軸：
𝑃(𝑓𝑖𝑡, 𝑜𝑏𝑠) − 𝑃(𝐻𝐸𝑃𝐺)
𝑃(𝐻𝐸𝑃𝐺)
赤色：fit
青色：observe
解析結果③（Higgs mass = 150GeV)
右図：粒子の質量
の分布
縦軸：イベント数
横軸：GeV
赤色：fit
青色：observe
黒色：HEPG
まとめ
• キネマティックフィッターを開発した。
→佐藤先生と自分で独立に開発して、event by event で
結果がぴったり一致している。
• レプトンに崩壊するW massの再構成に関しては
８０ＧｅＶ以下の事象まで再構成できている。
• ハドロンに崩壊するW massの再構成に関しては
キネマティックフィッターの補正はあまり効かない。
• ニュートリノのＺ軸方向の運動量に関しては、キネマティックフィッ
ターを使った場合、再構成が悪くなった。
• オフシェルのＷからの寄与が大きい150GeVのヒッグスに対して、
良く再構成ができている。
• オフシェルのＷからの寄与が少ない170GeVのヒッグスに対しても、
キネマティックフィッターは十分に機能する。
キネマティックフィッターの今後の課題
① σMET、σJETが√Pt、Pt×constant でいれてある。
→本来はevent by event に計算してある量を使うべき。
② Jet Energy Correction が十分でない。
→out of cone 補正がかかっていない。
③ これらを取り入れて、再度性能評価をおこなう必要がある。
Out of cone
右図：Higgs mass = 170GeVに
対するJETのPtの誤差
𝑃𝑡 𝑗𝑒𝑡 − 𝑃𝑡(𝐻𝐸𝑃𝐺)
𝑃𝑡(𝐻𝐸𝑃𝐺)
→ 6% > 3%
Out of cone の寄与を考慮しなけれ
ばならない。
感想
• ほとんど使えなかったＲＯＯＴとＣ＋＋でのプ
ログラミングができるようになりました。
• 2週間でキネマティックフィッターの詳しい評価
ができず、残念でしたが、キネマティックフィッ
ターの開発が完了できてうれしいです。