ヒッグス粒子探索 ｇｇ→ H → WW* → ｌ ν ｊｊにおける キネマティック フィッターの開発

1. 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

2. 内容 • 導入 • 動機 • 解析方法 • 解析結果 -Higgs mass :170GeV - Higgs mass : 150GeV • まとめ

3. 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。

4. HWW*lnjjチャンネル l • quark • jet in calorimeter • lepton • e : calorimeter • m : muon chambers W n hadronization H u, c W proton anti-proton d, s • neutrino • energy invalance • in calorimeter 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 • anti-quark • jet in calorimeter

5. H→WW*→ｌνｊｊとH→WW*→lνlvチャンネル比較

6. 現状のH→WW*→ｌνｊｊの問題点 • mH<160GeV/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！

7. 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。

8. 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

9. 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 Pzfitν=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。

10. 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 - detectorresponse - 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。

11. イベントセレクション • 1Lepton (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。

12. 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

13. 解析結果②（Higgs mass = 170GeV) 右図：HEPGとの差の分布 横軸： 赤色：fit 青色：observe

14. 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

15. 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

16. 解析結果②（Higgs mass = 150GeV) 右図：HEPGとの差の分布 横軸： 赤色：fit 青色：observe

17. 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

18. 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。

19. キネマティックフィッターの今後の課題 ①　σMET、σJETが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。

20. Out of cone 右図：Higgs mass = 170GeVに 　　対するJETのPtの誤差 →　6% > 3% Out of cone の寄与を考慮しなければならない。

21. 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。