Suche nach Dunkler Materie im Mono-Higgs-Kanal (h b b) mit dem ATLAS Detektor am LHC

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Rudolph Schuster
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1 Suche nach Dunkler Materie im Mono-Higg-Kanal (h b b) mit dem ALAS Detektor am LHC Rainer Röhrig, Betreuer: Patrick Rieck Max-Planck-Intitut für Phyik (Werner-Heienberg-Intitut) DPG Münter - Frühjahrtagung

2 Einleitung: Suche nach Dunkler Materie im Mono-Higg-Kanal Suche nach Ereignien mit hoher fehlender tranveraler Energie (=E ) in Aoziation mit dem Standardmodell-Higg-Boon (h b b) größte Verzweigungverhältni (h b b 57%) Signatur: 2 b-jet, m bb 25 GeV und hohe E Signalmodell: Z -2-Higg-Duble-Modell (arxiv: ) Maive Mediatoren: Z und A (peudokalar) DM-Paarproduktion, χ χ, und S χ = 2 q q Z b h b χ A χ 2 b-jet E Freie Modellparameter: m A, m Z, m χ, tan β, g Z q q m χ = GeV, tan β =, g Z q q =.8 m A, m Z werden variiert (m A > 2 m χ) Rainer Röhrig 2/

Ereignitopologie Zerfallprodukte de Higg-Boon und DM zeigen back-to-back opologie Higg-Boon gebootet (p Higg E ) leicht gebootete opologie 5 GeV < E < 5 GeV tark gebootete opologie > 5 GeV E 2 Jet

3 Ereignitopologie Zerfallprodukte de Higg-Boon und DM zeigen back-to-back opologie Higg-Boon gebootet (p Higg E ) leicht gebootete opologie 5 GeV < E < 5 GeV tark gebootete opologie > 5 GeV E 2 Jet (Radiuparameter R=.4) b-jet Identifikation Fat-Jet (Radiuparameter R=., trimmed, f cut =.5), und - 2 Sub-Jet (R=.2) b-jet Identifikation Variable zur Identifizierung de Higg-Boon: Invariante Di-Jet-Mae Mae de Fat-Jet Rainer Röhrig 3/

2 b-jet g g g W + t t W b b Z( νν)+jet: hohe E durch Z-Boonzerfall in 2 Neutrino (oder Z ττ) Jet au leichten und chweren

4 Untergrundprozee Die größten Untergründe: t t, Z( νν)+jet und W ( lν)+jet t t-produktion: E au leptonichem W -Boonzerfall (l nicht rekontruiert) mind. 2 b-jet g g g W + t t W b b Z( νν)+jet: hohe E durch Z-Boonzerfall in 2 Neutrino (oder Z ττ) Jet au leichten und chweren Quark ν/l + Z q ν/l W ( lν)+jet: E au leptonichem W -Boonzerfall (l nicht rekontruiert) Jet au leichten und chweren Quark l ± W ± q ν q g q q g q q Weitere:, -, Single-op-Quark- und Multijet-Produktion q Rainer Röhrig 4/

5 Ereignielektion E -rigger[] Lepton-Veto leicht gebootete Region: p (ID) > 3 GeV E (Kalo) > 5 GeV tark gebootete Region: E < 5 GeV 2 Jet (R=.4) Anti-QCD-Schnie Schnie zur t t-reduzierung [2] b-jet 2 b-jet Signalregion E > 5 GeV Fat-Jet (R=.) Sub-Jet aoziiert zum führenden Fat-Jet Schnie zur t t-reduzierung [2] b-jet 2 b-jet Signalregion [] Detail zum rigger: Stanilav Suchek,.4 [2] Detail zur Selektion: Daniel Iaac Narria Villar,.3 Rainer Röhrig 5/

6 Ergebnie der Signalregion - 2 b-jet Event / 4 GeV -Bkg Bkg leicht gebootete Region = 3 ev, 36. fb 2 GeV < E < 35 GeV blinded m bb [GeV] Event / 4 GeV -Bkg Bkg 25 = 3 ev, 36. fb E > 5 GeV (m,m )=(.4,.6)eV Z A 2 blinded SM 5Vh W+jet 5 tark gebootete Region -Bkg.6.4 Bkg.2 Stat.2.4 Stat+Sy m bb [GeV] (m,m )=(.4,.6)eV Z A W+jet -Bkg Bkg Stat Stat+Sy Gute Daten / MC Übereintimmung (Pre-Fit) Signalregion dominiert durch Z +Jet, W +Jet und t t Ereignie Für noch beere Untergrundabchätzung: Normierung der wichtigten Untergründe au dem imultanen Fit in allen Signal- und Kontrollregionen Rainer Röhrig 6/

7 Definition der Kontrollregionen Event Lepton-Kontrollregion: t t und W +Jet = 3 ev, 36. fb 2 GeV < E,noMu < 35 GeV Event / 5 GeV 9 8 = 3 ev, 36. fb ll 35 GeV < p < 5 GeV Single 3 top W+jet 2 2 Lepton-Kontrollregion: Z+Jet W+jet -Bkg Bkg Myonladung [q/e] iolierte Myon 2 b-jet Region: hauptächlich t t b-jet Region: t t und W +Jet Myonladung untercheidet zwichen t t und W +Jet (zwei Bin) -Bkg Bkg -Bkg.6.4 Bkg.2 Stat.2.4 Stat+Sy m bb [GeV] ll Paare au Z-Zerfall Hauptächlich Z +Jet Nur ein Bin -Bkg Bkg Stat Stat+Sy Rainer Röhrig 7/

N lepton Frei Parameter: I 3 Untergrundnormierungen: W +Jet, Z +Jet und t t I und die

8 Signal- und Untergrundabchätzung Kombinierter Profile-Likelihood Fit der invarianten mjj (mj ) Mae in Signal- und Kontrollregionen ll E or p [GeV] 5 Nb-tag I I 2 N lepton Frei Parameter: I 3 Untergrundnormierungen: W +Jet, Z +Jet und t t I und die Signaltärke µ Sytematiken werden al nuiance Parameter berückichtigt Rainer Röhrig 8/

9 Ergebnie der Signalregion - 2 b-jetregion Event / 5 GeV 5 GeV < E < 2 GeV 2 GeV < E < 35 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 5 GeV < E 2 b-tag < 2 GeV Multijet W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV Event / 5 GeV 5 = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 4 2 GeV < E < 35 GeV 2 b-tag Multijet 3 2 W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV 2 /Pred. Event / GeV m bb [GeV] = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 35 GeV < E 2 b-tag < 5 GeV W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV /Pred. Event / 2 GeV m bb 26 [GeV] m bb [GeV] 35 GeV < E < 5 GeV E > 5 GeV = 3 ev, 36. fb Merged: lepton 5 GeV < E 2 b-tag W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV /Pred m bb 26 [GeV] m bb [GeV] /Pred m24 bb [GeV] m bb [GeV] Rainer Röhrig 9/

10 Looking forward to the firt combined Rainerreult! Röhrig / Ergebnie - Auchlugrenzen Signalmodell: Z -2-Higg-Duble-Modell [GeV] m A 9 8 = 3 ev, 36. fb All limit at 95 % CL Z'-2HDM implified model tan(β) =, g =.8, m χ = GeV Z'qq Oberved limit Expected limit Expected ±σ Run, h bb arxiv: E 5 4 m A = m Z' - m h q q Z b h b χ A χ E m Z' [GeV] Erwartete Auchlugrenzen in der m A m Z -Ebene m Z = 6 25 GeV augechloen für m A von bi zu 6 GeV

11 Zuammenfaung Die Suche nach Dunkler Materie it ein wichtiger eil de Phyikprogramm de ALAS-Experiment am LHC. Nach der Entdeckung de Higg-Boon (22), kann nach Dunkler Materie in Aoziation mit h b b-zerfällen geucht werden. Mit Hilfe de Mono-Higg-Kanal lät ich der DM-Produktionmechanimu direkt unteruchen. Die ALAS Mono-Higg Reultate ind beonder für leichte DM-eilchen intereant und wir erwarten Mediatormaen von bi zu 2.5 ev auzuchlieen. Vielen Dank für Ihre Aufmerkamkeit! Rainer Röhrig /

12 Backup Rainer Röhrig /2

13 Normierungfaktoren Untergrund Normierung W + HF.±.2 Z + HF.3±.7 t t.98±.2 Rainer Röhrig 2/2

14 Fitmodel Vl: % Vcl: 3% V + Heavy Flavour v. 2 Leptonkanal: 2% Wbc/Whf, Wbl/Whf und Wcc/Whf Verhältni: 2% jeweil Zbc/Zhf, Zbl/Zhf und Zcc/Zhf Verhältni: 2% jeweil, individuell für and 2 Leptonkanal Single op-quark Produktion: t-kanal 4.4% Single op-quark Produktion: -Kanal 4.6% Single op-quark Produktion: Wt aoziierte Produktion 6.2% WW Produktion: 25% WZ Produktion: 26% ZZ Produktion: 2% VH Produktion: kombiniert WH und ZH Normierung 5% Rainer Röhrig 3/2

15 Sytematiche Unicherheiten Unicherheiten σ µ / ˆµ [%] (a) (b) (c) Analye it tatitich limitiert Gröte experimentelle Unicherheiten: b-jet Identifizierung und Effizienz (5% Unicherheit im FIt) Fehler auf Luminoität otal 53 7 Statitical error Sytematical error MC tatitic Flavour tagging, track jet SM VH norm Luminoity Modelling Jet R= Flavour tagging, calo jet t t Modelling Signal theory uncertaintie W+jet Modelling Lepton Jet R= norm Single-top modelling abelle: (m Z, m A ) = (a) (6 GeV,3 GeV), (b) (4 GeV,6 GeV) and (c) (26 GeV,3 GeV). Rainer Röhrig 4/2

16 Reultate - Erwartete Signifikanz Signalmodell: Z -Zwei-Higg-Duble-Modell [GeV] m A ALAS Work in Progre = 3 ev 36.5 fb ignal ignificance E m Z' [GeV] E Fit an Aimov Daten mit µ = Signalwirkungquerchni von fb verwendet Erwartete Signifikanz in der m A m Z Ebene Weitere Modellparameter ind fixiert q q Z b h b χ A χ Rainer Röhrig 5/2

17 Ergebnie der Leptonignalregion - b-jetregion Event / 5 GeV GeV < E = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 5 GeV < E < 2 GeV < 2 GeV 2 GeV < E Multijet W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV Event / 5 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 2 GeV < E < 35 GeV < 35 GeV Multijet W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV /Pred. Event / GeV m bj [GeV] 35 GeV < E = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 35 GeV < E < 5 GeV < 5 GeV E W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV /Pred. Event / 2 GeV m bj 26 [GeV] m bj [GeV] = 3 ev, 36. fb Merged: lepton 5 GeV < E > 5 GeV W+jet mono-h: Z'-2HDM m Z' = 4 GeV, m A = 6 GeV /Pred m bj 26 [GeV] m bj [GeV] /Pred m 24 bj [GeV] m bj [GeV] Rainer Röhrig 6/2

18 Ergebnie der Leptonkontrollregion - b-jetregion Event / 5 GeV < E,noµ < 2 GeV 2 GeV < E,noµ < 35 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 5 GeV < E,noMU < 2 GeV W+jet Event / = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 2 GeV < E,noMU < 35 GeV W+jet 2 2 /Pred. Event / GeV < E,noµ = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 35 GeV < E,noMU < 5 GeV < 5 GeV E,noµ W+jet /Pred. Event / > 5 GeV = 3 ev, 36. fb Merged: lepton 5 GeV < E,noMU W+jet /Pred /Pred Rainer Röhrig 7/2

19 Ergebnie der Leptonkontrollregion - 2 b-jetregion Event / 5 GeV < E,noµ < 2 GeV 2 GeV < E,noµ < 35 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 5 GeV < E,noMU 2 b-tag < 2 GeV W+jet Event / = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 2 GeV < E,noMU 2 b-tag < 35 GeV W+jet /Pred. Event / GeV < E,noµ = 3 ev, 36. fb Reolved: lepton 35 GeV < E,noMU 2 b-tag < 5 GeV < 5 GeV E,noµ W+jet /Pred. Event / = 3 ev, 36. fb Merged: lepton 5 GeV < E,noMU 2 b-tag > 5 GeV W+jet 2 2 /Pred /Pred Rainer Röhrig 8/2

20 Ergebnie der 2 Leptonkontrollregion - b-jetregion Event / 23 GeV GeV < p ll 3 = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 5 GeV < p < 2 GeV < 2 GeV 2 GeV < pll < 35 GeV Event / 23 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 2 GeV < p < 35 GeV /Pred. Event / 23 GeV m bj [GeV] 35 GeV < p ll = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 35 GeV < p < 5 GeV < 5 GeV pll /Pred. Event / 23 GeV m bj 26 [GeV] m bj [GeV] = 3 ev, 36. fb Merged: 2 lepton V 5 GeV < p > 5 GeV /Pred m bj 26 [GeV] m bj [GeV] /Pred m bj 26 [GeV] m bj [GeV] Rainer Röhrig 9/2

21 Ergebnie der 2 Leptonkontrollregion - 2 b-jetregion 5 GeV < p ll < 2 GeV 2 GeV < pll < 35 GeV Event / 23 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 5 GeV < p 2 b-tag < 2 GeV Event / 23 GeV = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 2 GeV < p 2 b-tag < 35 GeV /Pred m bb [GeV] 35 GeV < p ll < 5 GeV pll /Pred m bb 26 [GeV] m bb [GeV] > 5 GeV Event / 23 GeV 8 6 = 3 ev, 36. fb Reolved: 2 lepton V 35 GeV < p 2 b-tag < 5 GeV Event / 23 GeV = 3 ev, 36. fb Merged: 2 lepton V 5 GeV < p 2 b-tag W+jet /Pred m bb 26 [GeV] m bb [GeV] /Pred m bb 26 [GeV] m bb [GeV] Rainer Röhrig /2

22 Event Diplay 3 ev Rainer Röhrig /2

23 Wirkungquerchnie σ(pp hχχ) [pb] 2 3 Z - 2 HDM Simulation Z' - 2 HDM Model, m [GeV] A = 3 ev [GeV] m Z' Rainer Röhrig 2/2

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