Search for Other Higgs at Run2(+) 寄田浩平(早稲田大学) 2014年3月25日(Tue) テラすけーる研究会@東京大学 2 SMの圧勝? arXiv:1303.3570 The universal Higgs fit arXiv:1312.5353 CMS-PAS-HIG-13-005 3 導入1 (”Other Higgs”) Starting from “Observed Higgs” SM-Propertyからのずれ Mass: ΔM/M= ~0.5%→~0.25%? Spin: 0+ (Hypothesis 検証) Couplings: Precision Level Width: measurable? → Interferometry ! → Invisible decay Self-coupling: @HL-LHC 直接探索 Another SM-like Higgs 2HDM type-X: (h)/H/A/H± ….. etc Others Vector Boson Scattering (VBS) “h” throughout → EW global fit → BSM示唆 + EW singlet 2HDM, nMSSM MSSM Inspired Composite Higgs Higgs Imposters Higgs Portal to DM … … … 4 導入2 (”Run2(+)”) 今日 13→14TeV 5.0x1034 7→8TeV 1.6x1034 Run2 IBL, L1Topo FTK etc.. 2.0x1034 Run3 μ検出器 種々トリガー L1Calo etc.. HL-LHC→ New Tracker New Trigger/DAQ New Calo elec.. 5 Trigger@Run2以降 変更・改善点: LVL1: ~70KHz → ~100KHz Topological Selection HLT: ~500Hz → ~1KHz Faster/better alg. etc + Fast TracKer for HLT → Preselectionの強化や Vertex infoが使用可能に やはりL1が肝(HLTは大分楽に。。) → Single e/μ(<~30GeV)で死守? → Topological Trigger (e.g. dR(a,b)) HLT~offline qualityへ → Turn-onの改善、plateauの向上 具体的なメニューは現在 活発に議論中(→暫定) L1@2x1034 6 CERN Seminar Sep.21, 2010 JHEP 09 (2010) 091 なにはともあれ、、、 2-track correlation解析: SumEt > 60, Ntrk > 85 (Track PT > 0.4GeV) 実験開始直後のCMS Ridge解析に使用 Run1の経験を前提に、心新たに準備することが重要! “Inclusive” Trigger “Dedicated” Trigger 戦略的に「Bandwidth」戦争を勝ち抜かなければならない。。。 7 Contents BSM Higgs 直接探索 - MSSM φ→ττ(bb,μμ) - Charged Higgs H± (→τν) (+ Some Others) SM測定 - Vector Boson Scattering (VBS) - Higgs Self-Coupling * Run2 & HL-LHC Prospectを適宜入れながら。 8 arXiv:1302.7033 MSSM Scenario (~2HDM type-II) 2 Higgs Doublets → 5 physical Higgs bosons: Two CP-even neutrals: h , H scalar One CP-odd: neutral: A pseudo-scalar Two charged: H+, H* tanβ: v2/v1 Max-mixing: - Mh < ~135 GeV Observed Higgs - Mh = 125.5 GeV Smaller mixing No-mixing: - Mh < ~122 GeV →少々こだわり(?)を捨てれば(tuneすれば)、まだまだ大丈夫! 9 arXiv:1302.7033 MSSM Scenario (w/ 126GeV) 10 MSSM h/H/A Production 11 tanβ=2.5 MH(GeV) BR(A→) H(MH=300GeV) BR(A→) BR(H→) BR(H→) MSSM H/A Decay arXiv:1303.7450 arXiv:1303.1787 A(MA=300GeV) tanβ=2.5 MA(GeV) 12 tanβ MSSM H/A MA-tanβ map H/A→ττ (H/A→bb,μμ) 10 A→hZ H→VV ~200GeV 250GeV H→hh H/A→tt 350GeV Mass V,h,tの崩壊はVarietyがあり、いろいろ考える余地有り。 13 CMS-PAS-HIG-13-021 (2013.Nov) CMS : MSSM φττ Event Category: Full data 解析 μμ/eμ 1st/2nd Pt > 20/10 GeV eτ/μτ e/μ Pt > 24/20 GeV τ Pt > 20 GeV ττ 2τ Pt > 45 GeV * Also case for w/ & w/o b-jet 結構ガッツリ来ています。。 14 ATLAS-CONF-2012-094 (2012.Jul) ATLAS : MSSM φττ(μμ) 少々古い7Tev onlyの結果ですが。。 μμ τeτμ τhadτhad τe/μτhad 今後は、どうするか? 崩壊過程と質量に依存 → Single Lepton → Lepton+hadron → Dihadron + X (e.g. 1jet, dR etc) in Run2 ① Pt閾値↓ w/ Topological Cut ② Pt閾値↑ w/o Topological Cut → SM Higgs, MSSM, BSM等、 総括的に考える必要有り。 15 arXiv:1302.2892 MSSM bbφ(bb) Trigger: 2jet/3jet (2-btag) → 3-bjet with 60/53/20 GeV う~ん、、やはりQCDが。。 でも、もしττ解析等で何かヒントが あった場合に、とても大事に。 Exclusion Limit Run2では、triggerがさらに厳しくなる。 →追加ジェットくっつけたりする工夫が必須。 16 ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug) Charged Higgs (H±) トップより軽い時 トップより重い時 Event Selection: Trigger: τhad(>27 GeV)+ Met(>50 GeV) Offline: τhad(>40 GeV)+ Met(>80 GeV) + 4/3jet for light/heavy Higgs at least one bjet etc. (JetEt>25GeV) * Signal Efficiency: 0.7%~4.9% for M=90~600 GeV 17 ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug) H± → τν 結果 Br(H→τν)=1を仮定した制限 Br(H→τν)=1を仮定した制限 < 1%領域に突入 fb領域に突入 18 ATLAS-CONF-2013-090 (2013.Aug) H± : Interpretation in MSSM (mhmax) Low Mass解析 High Mass解析 (前回の結果) 前回7TeV解析(RM)の(tanβ~10, M~120GeV)ギャップは棄却。 19 Charged Higgs (H±) 再考 tanβ=1 tanβ=35 * H→τνはもう少しがんばるとして。。(High tanβは、H/A→ττからも) 160GeV以下が軒並棄却された状況とRun2 Energyを鑑みると、、 tanβにあまりよらず、H→tbの重要性が増す(+gauginos) → ttb(b)的な解析(少々困難): → トリガーの問題でなく、Background(combinatory含む)の問題 → ttH(→bb)同様、抜本的に取り組むべき課題。 20 Other Results Invisible Decay: H→χχ ZH: ATLAS-CONF-2013-011, CMS-PAS-HIG-13-018 (ZH) VBF: CMS-PAS-HIG-13-013 Cascade decay: ATLAS CERN-PH-EP-2013-172 FCNC t->H(→γγ)c ATLAS-CONF-2013-081, CMS PAS Top -12-037 Top Partner ATL-PHYS-PUB-2013-060/056/051 ttbar resonance (in the g KK search though..) ATLAS-CONF-2013-052, CMS-PAS-BG2-12-006 ・・・ → 今のところ、なにもない。。 21 126GeV Higgsしか見えない場合 LHCは「Indirect Machine」に!? → 精密測定 からBSM ・・・ 高輝度Hadron Colliderでは、ちとつらい? 22 SMからの“ずれ”議論 これまでのトークで各過程すでに議論(?) Mass, coupling precisions, width challenge etc.. → ひたすらがんばる 23 arXiv:0806.4145 Vector Boson Scattering (VBS) EW Sectorの本質的な理解 打 ち 消 す SM的思考: → これは本当か? BSM的思考: →高エネルギーで釣果が現れる? ☛ WLWL散乱振幅の 𝒔(≳1TeV)依存性を検証したい 24 Vector Boson Scattering at LHC 1. Dibosonの理解・測定 ZZ (ATLAS-CONF-2013-020) 2. VBFの理解・測定 New Physics: → Higher order operators Ex) 6-dimensinal operator for ZZ etc VBF Z (arXiv:1401.7610) σ(ee+μμ)=~226 fb VBFNLO = 239 fb 25 ATLAS VBS Result(W±W± jj) Event Topology: Same sign leptons (ee/eμ/μμ) MET, Mjj, dη…etc.. Non-VBS Backgrounds VVjj-EW VVjj-QCD 6 𝛼𝑤 𝛼𝑠2 𝛼𝑤4 * The first VBS WWjj x-section measurement → ATLAS result coming soon.. (in a few days) 26 ATL-PHYS-PUB-2013-006 (2013.Jun) Prospect for VBS at Run2 (+) VBS 𝒁𝒁 → 𝒍𝒍𝒍𝒍 ==4 leptons (Pt>25 GeV) - Two opposite sign - Same flavor pairs >=2 jet with Pt>50 GeV - Mjj > 1 TeV [no Z mass window cut] Unitarity violation bound@5σ with 3000fb-1 27 Higgs Self-Coupling at HL-LHC ←λHHH λHHH=0 干渉による 断面積変化 λHHH=1 Kinematicsで 分けるのは困難 λHHH/λHHH(SM) NLO σ(gg→HH) 0 71 fb 1 (SM) 34 fb 2 16 fb 34fb×3000fb-1= 10万事象 → そもそも「信号数」 の確保が課題 28 Higgs Self-Coupling at HL-LHC 3000fb-1でのSM hh生成事象の概算数 hh→ bb WW ττ ZZ γγ bb 33300 24800 7300 3000 260 WW ττ ZZ γγ 4600 2700 1100 100 400 330 30 70 10 0.5 *非対角成分は2倍されています BR: ZZ→llll O(1%) WW→lvlv O(10%), τ decay(lep35%,had65%) Acceptance & trigger efficiency etc..→(O(~%)) 29 Higgs Self-Coupling at HL-LHC HH→bbγγ(~260事象生成@3000fb-1) カット後は~10事象(Pt(γ)>25GeV, Pt(b)>40/25 GeV) Background: ZH, ttH, γγbb..(~30事象) HH→bbττ(~7300事象生成@3000fb-1) arXiv:1206.5001 これまでのstudy(ATLAS/CMS暫定版やarXiv:1206.5001): HH→bbγγ/bbττで~2σ程度(?) (λHHH=0の棄却能力) → 目指すは“3σ”という感じ 個人的な感想としては、、、まだ大きく変わる可能性アリ →さらなる研究が必要(アイディア次第でもある) 30 Higgs Self-Coupling at HL-LHC 3000fb-1でのSM hh生成事象の概算数 hh→ bb WW ττ ZZ γγ bb 33300 24800 7300 3000 260 WW ττ ZZ γγ 4600 2700 1100 100 400 330 30 70 10 0.5 → bbγγ、bbττのほか、第2、第3の過程が重要: なんとか、、bbWW, WWWW, WWττ, (bbZZ, ZZWW)も。 ・・・それにしても、bbbbは多い。。。(トリガーと分解能が×(!?)) 31 ATLAS-CONF-2014-005 (March.2014) An example: X→hh→4b’s > 5つのトリガーを使用 4 btagged jet KK G*: 590-710 GeVを棄却 32 ATLAS-CONF-2014-005 (March.2014) Triggers for X→ hh → 4bjets → いろいろと知恵を絞っていきたいところ!? 33 纏めと展望 テラスケールでは、126GeV Higgsしかみえないのか? → 伝統的な方針の抜本的な見直しが必要な時期 * 他実験事実との整合性も考えたうえでの戦略化 a Higgs, g-2, DM, e+ excess, 3.5KeV γ, CMB B-mode?, Bsμμ,, 今後の実験 - 𝒙の高いところ(重いもの)は比較的 Straight Forward(?) → tt+X,tb+Xがにわかに大事(←b,τ,tのさらなる充実化) -見逃している”phase space”は?、あきらめている過程は? → Trigger戦略、MC生成、解析手法の改良等 なんとしてもRun2でBSMを発見し、HL-LHC&Beyondに弾みを → 本研究会での議論に期待 34 Backup
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