Recherche du boson de Higgs chargé dans les désintégrations du top

Nicolas ESTRE

Stéphane PERRIES

IPN Lyon

Brisure spontanée de la symétrie électrofaible

Modèle Standard
1 doublet de champs scalaires
prédiction d'une particule scalaire neutre : le boson de Higgs H0

Modèles à 2 doublets de Higgs (2HDM)
2 doublets de champs scalaires
prédiction de 5 bosons de Higgs :

3 neutres : h0,H0,A0

1 paire de chargés : H±

Observation d'un boson de Higgs chargé
Secteur de Higgs étendu

Higgs chargé dans le MSSM

Hypothèse : M(SUSY)> M(H±)

A l'ordre de l'arbre, 2 paramètres,
définissent les masses et les couplages du secteur de Higgs :
M(A) et tan(b)

Masse
M(H±)2=M(W±)2+M(A)2

Si MH±<Mtop
BR(H±) dominant

Si MH± > Mtop
BR(H±tb) dominant

K. Assamagan, hep-ph/0203121

Résultats LEP

Résultats combinés ADLO :
M(H±)>78.6 GeV (indépendant du modèle)

seule contrainte :

BR(H+)+BR(H+cs)=1

Résultats Tevatron

CDF et D0 run I

Si M(H±)<Mtop

pptt, avec tH+b

Recherche indirecte : chute du taux de ttW+W-bb par rapport aux prédictions du modèle standard.

Recherche directe : identification des désintégrations H+tn,hadr

Si M(H±)>Mtop impossible

BR(tH+b)>0.36

exclu à 95% CL

dans la région 0.3<tan(b)<150

D0 Collaboration, PRL 88 (15), 151803

Modes de production au LHC

Si M(H±)<Mtop-Mbottom

Si M(H±)>Mtop-Mbottom

S. Abdulin et al., CMS Note 2003/033

H± léger

Modèle Standard :
BR(t→W+b) ≃ 1

MSSM :
Si M(H±)<Mtop-Mbottom  BR(t→W+b)+BR(t→H+b)=1

BR(t→H+b) ∝ mt2cot2+mb2tan2

BR(H+→tn) ∝ mt2 tan2

Canal leptonique

Étudié en simulation rapide
R. Kinnunen et al., CMS TN 94/233
S. Banerjee et al., CMS Note 2000/039

Expérience de comptage
BR(H±→tn)~1
BR(W±→tn)~0.1
Existence du H± excès de t par rapport aux prédictions du MS

État final :
2 b-jets,1 -jet, 1 lepton isolé, ETM

Déclenchement sur le lepton isolé

multiples  : Pas de reconstruction de la masse du higgs avec ET

Canal hadronique

État final :
2 b-jets,1 -jet, 2 jets légers, ETM

Tous les  viennent du H :
reconstruction de la masse
transverse du Higgs avec ETM.
(principal intérêt de ce canal)

Coupure sur la masse transverse pour distinguer signal et BDF

Extraction de la masse du Higgs

Déclenchement moins efficace ... mais plus grande section-efficace :
BR(Wln)~21%
BR(Wqq')~65%

Bruit de fond irréductible

BR(tW+b) = 1-BR(tH+b)

plus grand BR(tW+b) compensé par plus petit BR(W+tn)

rapport S/B décroissant avec M(H)

Lint=10 fb-1

tan(b)=30

signal WH

fond WW

État final de même topologie :
2 b-jets,1 -jet, 2 jets légers, ETM

Bruits de fond réductible

jets QCD, s=55.2 109 pb

W+jet, s=15.9 104 pb

Z+jet, s=48.2 103 pb

WW, ZZ and WZ, s=24.4 103 pb

Pour comparaison : stt=492pb (LO)

A inclure dans le futur

Masse transverse au niveau générateur

+

masse transverse exacte

masse transverse calculée avec ETM et le t-jet

H+

+

-

+

t

nt

nt

H+

-

+

t

nt

nt

Masses transverse WH et WW

m(H±)=160 GeV

tan(b)=30

m(H±)=100 GeV

tan(b)=30

m(H±)=120 GeV

tan(b)=30

m(H±)=80 GeV

tan(b)=30

m(H±)=140 GeV

tan(b)=30

signal WH

fond WW

Masse transverse avec

ETM au niveau pythia

Déclenchement

Pour un état final avec 4 jets, 1 jet de t et ETM, les déclenchements les plus efficaces sont :

t-jet et ETM
L1 : 1 t-jet, ET > 86GeV
HLT : ETM > 65GeV
HLT : isolation t-jet et PTlt>20GeV

Jet et ETM
HLT : ET(jet)>180 GeV et ETM > 123 GeV

Efficacité du déclenchement au niveau générateur

La plus faible efficacité de déclenchement d'un signal avec Wqq par rapport à

un signal avec Wln est partiellement réduite par l'augmentation de section efficace

Production des données

CMKIN (pythia+tauola)

CMSIM133

ORCA_7_6_1

50000 événements de signal WH

58000 événements de bruit de fond WW

M(H±)=120 GeV

Pas d'empilement

Efficacité du déclenchement avec ORCA

Stratégie de reconstruction

Déclenchement L1 : L1GlobalTrigger (ORCA)

Déclenchement HLT : coupures appliquées sur les objets reconstruits par ORCA (pas encore le package HLT)

Sélection : 5 jets avec au moins 1 t-jet et 2 b-jets

Reconstruction des masses invariantes du W et du tbar

Coupure sur la topologie dos à dos des événements tt

reconstruction mT(H±)

Reconstruction des Jets

Ecal+Hcal jet finder (ouverture de cône 0.5)

Reconstruction des traces dans les jets (DAF)

Association jets+traces

Étiquetage des jets de b :
vertex b-tag ou track counting b-tag

efficacité b-jet = 67%

pureté b-jet = 80%

Énergie transverse manquante

ETMgen-ETMreco

ETMgen-ETMreco

Calorimètre uniquement

Calorimètre + Traces

Jets de 

Jet de Jet :
Jet fin avec une ou trois traces chargées
PTlt>20  GeV

efficacité t-jet= 56%

pureté t-jet = 91%

Masse transverse du W et du top

Topologie dos-à-dos

La paire t-tbar est émise dos-à-dos dans le plan transverse :

{

reconstruit avec 2 jets légers et un jet de b

t reconstruit avec un jet de t, ETM et un jet de b

Reconstruction de la masse transverse

mT(H±)

signal WH

fond WW

m(H+)=120 GeV

tan(b)=30

Lint~1.5 fb-1

coupure à 80GeV⇒

Extension aux autres tan(b) :

A M(H) fixée,

Le rapport NWH/NWW ne dépend que de BR(tH+b) donc de tan(b)

Résultats préliminaires

Extraction de la masse : méthode

Mise en place d'une méthode de maximum de vraisemblance pour extraire M(H±) de MT

Génération de masses transverses MC de référence en incluant les résolutions obtenues pour ETM et t-jet.

Pour chaque événement reconstruit, on calcule :

la masse transverse mT.

P(mT,Mref), la probabilité d'obtenir cette masse transverse mT dans chaque distribution de référence Mref

on définit qui mesure l'adéquation entre la masse de référence et les événements reconstruits.

Mref=106 GeV

Mref=122 GeV

Mref=152 GeV

Extraction de la masse : Test

Mref=106 GeV

Mref=122 GeV

Mref=152 GeV

l=f(Mref)

M(H+)=119 ± 4 GeV

Validation de la méthode

Pas de bruits de fond

Masse

transverse

reconstruite

Mref

Vers le TDR de physique...

inclusion de l'empilement

Inclusion des bruits de fond réductibles

Extension de l'étude à d'autres masses de Higgs

Étude la complémentarité des canaux Wleptons et Wqq'

Conclusion

Première étude de reconstruction d'événements WH± avec Wqq dans CMS.

La simulation complète montre que

Le déclenchement est possible via tjet-ETM et jet-ETM.

Le signal peut être extrait du bruit de fond irréductible

Il est possible d'extraire la masse du higgs à partir de la distribution en masse transverse

Intéressant dès les faibles luminosités intégrées

⇒ démarrage du LHC

Stéphane PERRIES

2004-03-29T15:21:35