ATLAS探测器上利用矢量玻色子协同产生过程对高横动量希格斯玻色子衰变至底夸克对过程的测量

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ATLAS与CMS实验在2012年发现了希格斯玻色子。在标准模型预言中,衰变为正反底夸克对为希格斯玻色子的主要衰变模式,对应分支比为~58%。该衰变过程在2018年以5.4倍和5.6倍标准误差显著性在ATLAS和CMS实验中被发现。在此之后,ATLAS与CMS实验均开始了对此过程的精确测量工作。而测量高横动量区域的产生截面则是其中重要的一部分,可直接用于检验高能量标度下希格斯玻色子与矢量玻色子的耦合方式与标准模型预言的一致性。夸克在探测器中会经过强子簇射形成喷注,其能量和动量通过一定半径的喷注进行重建。在高横动量情况下,由希格斯玻色子衰变出的两个底夸克相对距离较小,当其距离小于喷注半径时,两夸克形成的喷注会相互重叠。之前的测量使用分立的小半径(R=0.4)量能器喷注以重建希格斯玻色子,其重建效率在高横动量区效率较低。因此为提高事例重建效率,单一大半径量能器喷注(R=1.0)替代了分立的小半径喷注被用于希格斯玻色子的重建。本文展示了基于ATLAS探测器对于高横动量条件下希格斯玻色子与W或Z玻色子协同产生,W与Z玻色子衰变至轻子(W→lv,Z→vv,Z→ll)且希格斯玻色子衰变至正反底夸克对(H→bb)过程的产生截面测量。本次测量基于ATLAS探测器在大型强子对撞机2015至2018年Run-2时期产生的亮度为139 fb-1,质心对撞能量为(?)=13TeV的质子-质子对撞数据。根据W与Z玻色子的不同衰变模式,所有事例被划分为三个独立通道:无轻子通道(Z→vv),单轻子通道(W→lv)以及双轻子通道(Z→ll),其中轻子为电子或缪子。希格斯玻色子的质量通过单独的大半径量能器喷注重建,而其衰变出的底夸克则由径迹喷注进行标定。综合三个通道,测量出的H→bb信号产额与标准模型预期结果的比值为0.72-0.28+0.29(统计)-0.22+0.26(系统)。相对于标准模型本底,从数据中观测到的H→bb信号显著性为2.1倍标准误差(期望显著性为2.7倍标准误差)。基于简化模型截面框架,对应于W与Z玻色子横动量在250-400 GeV与高于400 GeV区域的产生截面也被单独给出。另外为了验证实验方法的可信度,本次实验中使用相同方法对WZ与ZZ过程,Z玻色子衰变至正反底夸克对过程(Z→bb)的产生截面进行了测量,测得截面与标准模型预期结果的比值为0.91-0.15+0.15(统计)-0.17+0.25(系统),对应观测得到的信号显著性为5.4倍标准误差(期望显著性为5.7倍标准误差)。本文首次使用大半径喷注重建H→bb衰变过程,给出了高横动量下的VH过程截面测量。此重建方法在Z→bb过程检验中表现良好。在未来ATLAS实验对高横动量H→bb衰变的研究中,此方法也将成为基准方法,并在超出标准模型的理论、或暗物质寻找等高能量标度下包含H→bb衰变的相关分析中使用。在整个分析中,本作者承担了双轻子通道的全部工作,并在其他两个通道的本底模型研究与统计分析中均有贡献。此外,本作者还担任了分析组和缪子性能研究组间的联络人,负责维护并更新分析框架中与缪子相关的部分。
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