Untersuchungen des Higgs-Zerfalls in 4 Myonen im ATLAS-Detektor

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1 Sandra Horvat, N.Benekos,.Kortner, S.Kotov, H.Kroha Max-Planck-Institut für Physik, München Untersuchungen des Higgs-Zerfalls in 4 Myonen im ATLAS-Detektor 69. Jahrestagung der DPG 4-9 März, 25, Berlin

2 Überblick ATLAS-Detektor Simulation des H ZZ 4 Signals und der Untergrundprozesse mit vollständiger Detektorbeschreibung Optimierung der Schnitte für die Unterdrückung des Untergrunds bei niedriger Luminosität Anpassung der Signal-/Untergrund-Hypothesen an die Messwerte Abhängigkeit von der Detektoralignierung Zusammenfassung

3 ATLAS-Detektor Hohe Empfindlichkeit fu r die Higgszerfa lle in einem großen Massenbereich (mh = 1 1 GeV ). 23 m 46 m Erste 1.5 Jahre: niedrige Luminosita t (2 133 cm 2 s 1 ). Nominelle Luminosita t (2 134 cm 2 s 1 ) nach 1.5 Jahren.

4 Signal- und Untergrundprozesse H Z (*) Z + + q irreduzierbar q Z Z + + g g b b Z reduzierbar + q Volle Simulation der mit PYTHIA erzeugten Ereignisse. (ATL-COM-PHYS-23-18) Prozess σ x BR (fb) N simuliert gg H ZZ 4, 13 GeV gg H ZZ 4, 15 GeV gg H ZZ 4, 18 GeV Nicht reduzierbar: ZZ Reduzierbar: Z( 2)b b Reduzierbar: tt νbνb q g t t Analyse optimiert für die niedrige Luminosität.

5 Detektorauflösung und -effizienz Hohe Effizienz und Impulsauflösung der Myonspurrekonstruktion. Kombinierte Spurrekonstruktion im MS und ID notwendig. Detektionseffizienz (%) Myonspektrometer Innerer Detektor Kombiniert p T Auflosung (%) : Myonspektrometer Innerer Detektor Kombiniert kombinierte Spuren sigma = ( ) GeV m_h = 15 GeV η pt (GeV/c) m4 (GeV) 4-Massenauflösung und 4-Massenfenster: m 4 (GeV) σ (GeV) δm (GeV) ± ± ±.2 7

6 Selektion der Ereignisse Kinematische Selektion: Triggerakzeptanz: 2 mit p T >7 GeV, 2 mit p T >2 GeV Geometrische Akzeptanz: η <2.5 entries Invariante Masse bei 3 fb H ZZ 4, m H = 13 GeV 1111Zb b t t ZZ ( ), Zγ m + + (GeV) Zusätzliche Schnitte zur Unterdrückung des Untergrunds: Auswahl der von Jets isolierten Myonen Zbb ν tt ZZ* b Bedingungen an die invarianten Massen beider Myonenpaare: m + 12 m Z < m + 34 m Z : m + 12 (m Z ± δm12) c und m + 34 < δm34 c kleiner Abstand aller Myonspuren vom Wechselwirkungspunkt b ν b b

7 Optimierung der Unterdrückungsfaktoren Durchgeführt in Massenfenstern um die Higgsresonanz herum. Isolierungsvariablen: deponierte Energie ΣE T oder Σp T im Kegel R = 2 η + φ 2 um jedes Myon herum Messung des inneren Detektors Zbb tt signal 2 4 Σ p T ( R =.3) (GeV) Zbb tt signal Messung des Kalorimeters 2 4 Σ E ( R =.3) (GeV) Unterdrückungsfaktor Isolierungsvariablen: ΣE T( R =.3) ΣE T( R =.4) Σp T( R =.2) Σp T( R =.3) m H = 13 GeV, gesamter Untergrund Signaleffizienz (%) Unterdrückung des gesamten Untergrunds um Faktor 7 Kalorimetermessungen ergeben bessere Untergrundunterdrückung

8 Gemeinsamer Vertex aller 4 Myonen Vertexvariablen: Normierter Stoßparameter A / Var(A ) : Abstand der Myonspur vom Wechselwirkungspunkt Qualität χ 2 der Anpassung eines gemeinsamen Vertexes an 4 y (cm) y (cm) H ZZ Chi2 = Zb b ( + )(J)(J).2 + Chi2 = x (cm) Unterdrückungsfaktor m H = 13 GeV, gesamter Untergrund χ 2 A V ar(a ) x (cm) Signaleffizienz (%)

9 Signalsignifikanz bei 3 fb m+ + (GeV) m+ + (GeV) s = 2.1 s = m = 13 GeV H m = 15 GeV H m = 18 GeV H s = m+ + (GeV) Prozess m H = m H = m H = 13GeV 15GeV 18GeV H ± ± ±.5 Zb b.17 ±.7.13 ±.6 <.3 t t <.2.2 ±.1 <.8 ZZ ± ± ±.3 Signifikanz 2.1 ± ±.1 2. ±.1

10 Anpassung der Simulation an die Messwerte Der übriggebliebene Untergrund ermittelt durch die Anpassung der erwarteten Untergrund- und Signalverteilungen an die Messwerte: Hypothese 1: N Beob = α 1 N MC Signal + α 2 N MC Untergrund Hypothese 2: N Beob = β N MC Untergrund fb Messung m H = 18 GeV Signal+Untergrund Hypothese Untergrundhypothese m 4 (GeV) m 4 (GeV) Relativer Fehler der Parameter: 2% (α 2, β) bis 6% (α 1 ) Abweichung von der Erwartung: 15% (α 2, β) bis 3% (α 1 ) NBeob NFit 4 2

11 Winkelverteilungen als zusätzliche Information fb Messung m H = 18 GeV Signal+Untergrund Hypothese Untergrund Hypothese Nach der Anwendung aller Schnitte 4 Signal, 18 GeV 11 ZZ Untergrund cos θ φ (rad) m 4 (GeV) m 4 (GeV) Relativer Fehler der Parameter: 5% (α 2, β) bis 6% (α 1 ) Abweichung von der Erwartung: 5% (α 2, β) bis 25% (α 1 ) NBeob NFit 4 2

12 Alignierungseffekte Genaue Spurrekonstruktion ist auf die hochpräzise Alignierung der Spurdetektoren angwiesen. Einfache Abschätzungsmodelle: die Versetzungen der Myonkammern von der nominellen Positionen umgewandelt in den Versatz der Myonimpulse kein Einfluß auf die Signalrekonstruktion, innerer Detektor bestimmt die Impulsauflösung für p T <5 GeV Gauß sche Verschmierung der Stoßparametern und der Impulse im inneren Detektor 15 starke Abhängigkeit von der Auflösung der Vertexposition, Signalsignifikanz sinkt um 1%-2% bei zweimal schlechteren Vertexauflösung 1 5 perfekte Alignierung A Auflösung 2 mal schlechter χ2 der Vertexanpassung

13 Zusammenfassung Die endgültige Detektoreffizienz und -auflösung wurden für die vollständige Simulation des Higgs- und der zugehörigen Untergrundprozesse im Betracht genommen. Verschiedene Schnitte zur Unterdrückung des Untergrunds wurden untersucht und optimiert. Die zusätzlichen Informationen zur Unterscheidung zwischen Signal und Untergrund aus der Winkelverteilungen erhältlich. Die Alignierungseffekte mit einfachen Modellen getestet. Ausblick: Erweiterung der Analyse: H ZZ ( ) 4l.