ATLAS实验上的希格斯粒子与矢量玻色子协产生且希格斯粒子衰变为底夸克对过程的测量

来源 :黄奕聪 | 被引量 : 0次 | 上传用户:raun395924241
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希格斯机制是标准模型中电弱对称性自发破缺的根源,解释了基本粒子的质量。所预言的希格斯粒子是标准模型中唯一的标量粒子。2012年,ATLAS和CMS实验分别在大型强子对撞机上发现了希格斯粒子。在过去的十年中,ATLAS和CMS实验对希格斯粒子的性质的测量精度不断提高,检验了标准模型,同时探测超出标准模型的新物理。希格斯玻色子衰变为一对底夸克在所有希格斯衰变模式中具有最大的分支比,这使得它成为研究希格斯粒子与费米子耦合的最灵敏的衰变道之一。本论文介绍了与W或Z玻色子协同产生并衰变为底夸克对的希格斯玻色子的产生过程的测量。分析的数据样本是ATLAS探测器于2015年至2018年在质心能量为13 TeV的质子-质子对撞中收集的,对应于139 fb-1的积分亮度。测量主要关注高横动量的相空间,其中希格斯玻色子的衰变产物可以有效地被重建为大半径喷注(R=1.0)。这篇论文还介绍了大半径喷注的重建算法及其性能,特别是喷注能量和质量的校准。ATLAS实验已经开发了多种大半径喷注的重建算法。这些大半径喷注的性能是根据它们的重建,校准和标记的性能来评估的。综合性能最好的喷注被选为ATLAS实验的标准,并且推荐给所有的物理分析。对于VH(H→bb)分析所运用的大半径喷注,校准后的喷注能量达到1%的精度,校准后的喷注质量达到10%的精度。最先进的重建算法进一步提高了大半径喷注的校准精度,校准后的喷注能量达到小于0.5%的精度。在大型强子对撞机的第一阶段运行(2011—2012)收集的数据中没有发现H→bb衰变的证据。因为该衰变通道在希格斯粒子通过胶子—胶子融合产生时的纯强子末态的本底太高,其统计涨落淹没了信号。观测H→bb衰变最灵敏的希格斯粒子产生模式是和W或Z玻色子的协同产生,其中矢量玻色子衰变到轻子。大型强子对撞机的第二阶段运行提高了对撞能量,也增加了亮度,使得VH产生模式有了足够的统计量。在2015-2016年期间收集的数据中首次观察到H→bb衰变的证据,对应36.1 fb-1的积分亮度。ATLAS实验和CMS实验观测到的信号显著性分别是3.5倍标准差和3.8倍标准差。在这个分析中希格斯粒子的衰变产物被重建为两个标记为b的小半径喷注(R=0.4)。进一步的测量运用2015年至2018年收集的数据继续提高了分析的灵敏度。该测量采用了两种互相独立的分析方法。其中一种方法主要关注中低横动量的相空间,希格斯粒子的衰变产物可以被有效重建为两个小半径喷注,以下称之为VH(bb)resolved分析。另一种方法主要关注中高横动量的相空间,希格斯粒子的衰变产物可以被重建为一个大半径喷注,以下称之为VH(bb)boosted分析。VH(bb)resolved分析用了和发现H→bb衰变的分析相同的方法。事例选择要求末态有两个标记为b的小半径喷注。观测到的ZH信号显著性是5.3倍标准差,WH信号显著性是4.1倍标准差。高横动量区间对潜在的反常耦合更加灵敏。但是“resolved”结构对于重建高横动量的希格斯粒子的衰变产物不是非常有效。当希格斯粒子的横动量增加时,两个b喷注的夹角会变小,逐渐合并成一个大半径喷注。VH(bb)boosted分析通过将用径迹重建的喷注和横动量最大的大半径喷注匹配来选择事例。其中两个用径迹重建的喷注需要能够被标记为b喷注。VH信号的提取是通过对大半径喷注的质量分布进行统计分析实现的。测量信号强度,也就是测量到的截面和标准模型预测的截面之比为0.72-0.36+0.39.测量和预期到的信号的显著性分别为2.1和2.7倍标准差。在W或Z玻色子的两个横动量区域:250-400 GeV,>400 GeV中的信号事例数与标准模型预期一致。这些结果在有效场论的框架中限制了反常耦合。在现有的VH(bb)分析的基础上,对H→bb的测量仍然可以从多方面改进。在ATLAS合作组一个综合VH(bb)resolved和boosted方案的分析正在进行。该分析的目的是设计一个统一、优化的方法来提取最准确的测量结果。通过在boosted结构中引入多元分析,测量精度可以得到显著的提高。同时,联合分析对b喷注的标记算法和信号事例的选择方法进行了优化。此外,以后可以通过大型强子对撞机第三阶段运行增加的亮度(300 fb-1),具有更好分辨率的大半径喷注,标记b喷注算法的优化以及更多重建算法的优化来提高H→bb衰变的测量精度。
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