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