• No se han encontrado resultados

Individual  and  Combined  Measurements  of  the  Spin  and  Parity  Proper9es  of  the  Higgs  boson  using  the  ATLAS  Detector

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Share "Individual  and  Combined  Measurements  of  the  Spin  and  Parity  Proper9es  of  the  Higgs  boson  using  the  ATLAS  Detector"

Copied!
15
0
0

Texto completo

(1)

Individual  and  Combined  Measurements  of   the  Spin  and  Parity  Proper9es  of  the  Higgs  

boson  using  the  ATLAS  Detector  

Kirill  Prokofiev      

Laboratori  Nazionali  di   Frasca7  -­‐  INFN  

On  behalf  of  the  ATLAS  Collabora9on  

(2)

Outline  

•  Introduc9on    

•  Op9ons  for  spin  and  parity  of  the  new  boson    

•  Spin  and  parity  measurements  in  di-­‐boson  channels    

•  Summary    

                         page  2  

ATLAS  Spin  and  parity  publica9ons  used  in  this  presenta9on:  

       

Phys.  Le).  B  726  (2013),  pp.  120-­‐144   ATLAS-­‐CONF-­‐2013-­‐029   ATLAS-­‐CONF-­‐2013-­‐031   ATLAS-­‐CONF-­‐2013-­‐013  

(3)

page  3  

Introduc9on  

Significance  

observed   Analysis   Reference   Hàγγ   7.4  σ   CONF-­‐2013-­‐  ATLAS-­‐

012  

HàZZ(*)à4l   6.6  σ   CONF-­‐2013-­‐  ATLAS-­‐

013  

HàWW(*)àlνlν   3.8  σ   CONF-­‐2013-­‐  ATLAS-­‐

030  

Hàττ   4.2  σ   CONF-­‐2013-­‐  ATLAS-­‐

108  

•  The  ini9al  observa9on  was  reported  on   July  4  2012.  

–  Published  paper:  a  5.9σ  excess  driven   by    ZZ*,  WW*,  γγ  decays.  About    

11  `-­‐1  at  7  and  8  TeV.  

 

•  Updates  to  full  LHC  run-­‐I  sample  (~25`-­‐1)  

(4)

                         page  4  

Op9ons  for  spin  and  parity  of  the  new  boson  

•  The  Standard  Model  Higgs  boson:  neutral  scalar,  JCP=0++.  

–  Theories  with  extended  Higgs  sector  ofen  allow  for  CP-­‐mixed  Higgses.  

 

•  The  new  resonance  is  a  neutral  boson:  it  decays  to  pairs  of  gauge  bosons   with  total  charge  0.  

–  Integer  spin:  currently  considering  0,  1  and  2.  

 

•  Spin-­‐1  is  strongly  disfavored  due  to  the  observa9on  of  the  γγ  decay  (Landau-­‐

Yang  theorem:  Dokl.  Akad.  Nauk  Ser.  Fiz.  60  (1948)  207,  Phys.  Rev.  77  (1950)   242.)  

–  The  observa9on  of  di-­‐photon  decay  also  fixes    C=+1.  Parity  has  to  be   determined.  

 

•  To  associate  this  par9cle  to  a  par9cular  model,  one  needs  to  measure  the   spin  and  parity  without  theore9cal  prejudice.  

(5)

Measurements  of  Spin  and  Parity  in  ATLAS  

•  Exclusion  of  alterna9ve  hypotheses  in  favor  of  the  Standard  Model  JP=0+:   –  JP=0-­‐:  gluon-­‐fusion  produc9on.  

–  JP=1+,  1-­‐:  qqbar  produc9on.  

–  JP=2+m  (Graviton-­‐like  tensor     with  minimal  couplings):    

gluon-­‐fusion  and  qqbar  produc9on.  

 

•  Measurement  of  proper9es:  deduce  spin  and  parity  from     measured  distribu9ons  of  kinema9c  observables.  

–  Angular  distribu9ons  of  decay     products  in  the  rest  frame  of  the     resonance,  invariant  masses  of     intermediate  gauge  bosons.    

arXiv:1001.3396     arXiv:1208.4018                            

page  5  

For  all  measurements  the  Monte  Carlo   samples    for  non-­‐Standard  Model  

hypotheses  are  produced  using  JHU   Leading  Order  generator.  

(6)

Cos  θ

1  

m

Z2  

page  6  

Spin  and  parity  in  H→ZZ*→4l  decay  

Event  selec9on  follows  the  main  ZZ*  analysis   (Phys.  Leq.  B  726  (2013),  pp.  88-­‐119)  .    

Signal  Region:  115  GeV  <  m4l  <  130  GeV    43  candidate  events.  

 Expected  background:  16  events.  

Expected  signal  (μ  =σŸBR/σŸBRSM=1):  18  events.    

(7)

                         page  7  

hypo2   hypo1  

Signal     Type2   Signal    

Type  1  

Background  

Low              High              Low  m 4l  

Spin  and  parity  in  H→ZZ*→4l  decay  

J

P

=0

+  

à  

ß  J

P

=1

+  

  J

P

=0

+  

à  

ß  J

P

=0

-­‐  

 

BDT  analysis  in  two  bins:  low  S/B  (115–121  and   127–130  GeV)  and  high  S/B    (121–127  GeV).  

 Reducible  ZZ  background  from  Monte  Carlo.  

Irreducible  q,  Zbb  and  Z+jets  from  control   regions  in  data.  

BDT  training:  mZ1,mZ2,Φ,Φ1,cosθ1,2,cosθ*  

BDT  (0+0-­‐)   BDT  (1+0+)  

(8)

p

0  

for  0

+

  p

0  

for  0

-­‐

   

Sta9s9cal  procedure  

CLS:  the  exclusion  of  the  

alterna9ve  JPalt  hypothesis  in   favor  of  the  Standard  Model   JP=  0+  hypothesis:      

Test  sta9s9c:  Ra9o  of  profiled  likelihoods.  (Independent  signal  strength  per   channel  and  per  spin  and  parity  hypothesis.)  

In  HàZZ*à4l  data  allow  to   exclude:  

JP=0-­‐                at                  97.8%  CL   JP=1+,  1-­‐    at              >94%        CL   JP=2+m          at              >83%        CL  

page  8  

Data  

CL

S

= p

0

( J

altP

)

1 − p

0

( J

P

= 0

+

)

q = log L(0+, ˆ

µ

ˆ 0+, ˆ ˆ

θ

0+ ) L(JaltP , ˆ

µ

ˆ J

altP , ˆ ˆ

θ

J

altP )

(9)

Spin  measurement  in  H→γγ  decay  

                page  9  

       

Study  based  on  the  single  photon  produc9on   angle  |cos  θ*|.  

 Considered  models:  0+  and  2+m.    Both  qqbar   and  ggF  produc9on  mechanisms.  

 Signal  region:  122  GeV  <mγγ<  130  GeV.    

Fit  to  the  product  of  |cos  θ*|  and  mγγ    PDFs   in  the  signal  region.  

20.7  `-­‐1   at  8  TeV  

(10)

Spin  measurement  in  H→γγ  decay  

                    page  10  

For  large  values  of  the  fqq,  the    

|cos  θ*|distribu9ons  for  JP=0+  and  2+   become  similar.  

The  data  favor  JP=0+  hypotheses  for  all   frac9ons  where  sensi9vity  is  present.    

fqq = σ(qqH)

σ(qqH)+σ(ggH)

(11)

Spin  measurement  in  H→WW*→lνlν  decay  

page  11  

Analysis  method:  two  dimensional  fits.  Two  BDT  scores  are  calculated  for  each   event:  JP=0+  or  alterna9ve  hypothesis  against  background.  

 Analysis  uses  the  0-­‐jet  e/μ  channel  only.  Most  sensi9ve  to  the  spin  due  to  the   rela9vely  low  backgrounds.    

Hypotheses:  0+,  1-­‐,  1+  and  2+.  Observables:  mll,  pllT,  ∆φll  and  mT.   Exclusion  of  the  J   P  =  2+    up  to  99%  CL  depending  on  the  value  of  the  fqq.  

The  separa9on  between  hypotheses  grows  with  fqq.  Complementary  to  γγ  and  ZZ*.  

(12)

Combina9on  results  

                         page  12  

The  sta9s9cal  procedure  for  the  combina9on  is  iden9cal  to  the  one  of   individual  analyses.  Exclusions:    

 JP=2+  at  >99.9%  CL  independently  of  fqq  (ZZ+WW+γγ);  

 JP=0-­‐  at  97.8%  CL  (ZZ);  

 JP=1-­‐  at  99.73%  CL;  JP=1+:    99.97%  CL.  (ZZ+WW).  

(13)

Summary  

•  The  spin  and  parity  measurements  to-­‐date  are  based  on  exclusion  of   alterna9ve  JP  hypotheses  in  favor  of  the  Standard  Model  JP=0+.    

–   Results  are  consistent  with  the  Standard  Model  predic9ons.  

 

•  Tests  are  performed  in  di-­‐boson  channels  where  the  new  resonance  is   observed  with  high  significance.  

–  Despite  low  signal  sta9s9cs,  most  popular  JP=0-­‐,1+,1-­‐,2+m  models  are   excluded  at  >95%  CL.  

 

•  The  evidence  of  spin-­‐0  nature  if  the  Higgs  boson  opens  way  for  CP-­‐mixing   measurements  in  HZZ  vertex.  

–  Prospec9ve  studies  for  300  `-­‐1  and  3000  `-­‐1  will  be  presented  by     Dr.  Reina  Camacho  on    Saturday.  

 

•  Significant  observa9on  of  VBF  Higgs  produc9on  and  fermionic  Higgs   decays  will  increase  the  precision  of  fixed  hypotheses  exclusion  and  CP-­‐

mixing  measurements.  

                         page  13  

(14)

Backup  

                         page  14  

(15)

Prospec9ve  CP-­‐mixing  studies  

•  HZZ  vertex  tensor  structure:  

•  fg4 < 0.15 (0.04) at 95% CL fg2 < 0.29 (0.12) at 95% CL for 300 fb-1(3000 fb-1)

page  15  

Referencias

Documento similar