Search for charged Higgs boson in the τ+jets final state with proton-proton collision data recorded with the ATLAS experiment
Loading...
DOI
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Thesis supervisors
Reviewers
Publisher
Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences
License Type
Creative commons license
Abstract
Prezentowana praca zawiera opis poszukiwań naładowanych bozonów Higgsa
w kanale rozpadu H±→τ±ѵ w przedziale masowym 90-2000 GeV. Ich istnienie
przewidziane jest w wielu rozszerzeniach Modelu Standardowego. Analiza wykonana
została z użyciem 36 fb-1 danych zebranych przez detektor ATLAS w latach
2015-2016 przy energii w środku masy √s = 13 TeV.
W celu wyodrębnienia sygnału hipotetycznego H± od procesów opisywanych
przez Model Standardowy zastosowana została analiza wielowymiarowa będąca
rozwinięciem poprzednich metod poszukiwawczych. W końcowej analizie statystycznej,
jako zmiennej dyskryminacyjnej użyto wyniku klasyfikacji algorytmu
opartego o wzmacniane drzewa decyzyjne (Boosted Decision Trees, BDT). Dodatkowo,
ponieważ dla niskich mas naładowanego bozonu Higgsa, tj. pomiędzy
masą bozonu W, a masą kwarka szczytowego, kinematyka procesów t→bH± _ oraz
t→bW± może być bardzo podobna, dla rozróżnienia sygnału od tła wprowadzona
została zmienna wrażliwa na polaryzacje¸ leptonu tau. Analizowane dane okazały
się zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego. W związku z tym, wyznaczono
niezależne od modelu ograniczenie na produkcje¸ naładowanego bozonu
Higgsa σ(pp→[b]tH±)x BR(H±→τ±ѵ) wynoszące od 4.2 pb do 0.0025 pb dla
mas H± w przedziale 90–2000 GeV. Odpowiada to górnemu limitowi dla stosunku
rozgałęzień BR(t →bH±) x BR(H±→τ±ѵ) o wartości od 0.25% do 0.031% dla
mas H± w przedziale 90–160 GeV. W interpretacji modelu hMSSM wykluczono
wszystkie wartości tanβ dla mas H± poniżej 160 GeV. Podczas gdy, cały przedział
mas H± do 1100 GeV jest wykluczony dla tanβ ≥ 60 GeV.
Praca zawiera również opis pierwszego kompletnego wdrożenia tzw. metody
embedding dla danych zebranych przez detektor ATLAS w okresie Run-2. Technika
ta oparta jest na uniwersalności leptonowej rozpadu bozonu W. Pozwala to na
skonstruowanie próbek hybrydowych ze zdarzeń z danych, w których zastępuje się¸
miony pochodzące z procesu W±→μ±ѵ, pochodzącymi z symulacji hadronowo
rozpadającymi się¸ leptonami τ. Główną zaletą metody embedding jest jej ograniczona
zależność od symulacji Monte Carlo jedynie do dobrze zrozumianych rozpadów bozonu W oraz leptonu τ. Wszystkie pozostałe własności zdarzenia pochodzą¸ bezpośrednio z danych. Wykazano, przy użyciu części danych z 2015 roku, że technika ta znacząco poprawia precyzje¸ oszacowania tła zawierającego hadronowo rozpadające się¸ leptony t. W porównaniu do zdarzeń w pełni pochodzących z symulacji Monte Carlo systematyczna niepewność ilości
dominującego tła, pochodzącego z zawierających leptony τ procesów tt ̅, zostaje
zredukowana z 26% do zaledwie 11%.
The thesis presents a search for charged Higgs bosons, predicted in many theories beyond the Standard Model, decaying via H±→τ±ѵ in the mass range between 90 and 2000 GeV. It is based on 36 fb-1 of data collected with the ATLAS detector at center-of-mass energy √s = 13 TeV in the years 2015 and 2016. As an improvement to the former searches, a multivariate analysis is applied and used to separate the H± signal from the Standard Model background processes. The Boosted Decision Trees, BDT, output score is used as the discriminating variable in the final statistical analysis. Furthermore, since at low H± masses i.e. between the W-boson and top-quark masses, the kinematics of the t→bH± and t→bW± decay products can be very similar, variable sensitive to the the τ lepton polarisation is additionally used to improve discrimination power. The data are found to be in agreement with the background-only hypothesis. Model-independent limits are set on the production cross-section times branching fraction σ(pp→[b]tH±)x BR(H±→τ±ѵ) between 4.2 pb and 0.0025 pb for the charged Higgs boson mass range of 90–2000 GeV, corresponding to upper limits between 0.25% and 0.031% for the branching fraction BR(t →bH±) x BR(H±→τ±ѵ) in the mass range 90–160 GeV. In the context of the hMSSM scenario, all tanβ values are excluded for mH± below 160 GeV, whereas the H± mass range up to 1100 GeV is excluded at tanβ = 60. The presented thesis constitutes also the first complete implementation of the embedding method in the ATLAS Run-2 analysis. The technique makes use of the lepton universality of the W boson decay by constructing hybrid samples with simulated hadronically decaying τ leptons replacing muons from W±→μ±ѵ events in data. The main advantage of the embedding method is that one relies on the simulations only for the well understood electroweak decays of W boson and τ lepton and all other event properties are taken directly from data. It has been proven on 2015 data that the technique presents a significant improvement in the precision of background estimation with true hadronically decaying τ leptons. Compared to the fully simulated events, the uncertainty on the yield of the dominant (tt) ̅ background containing true t leptons reduces from 26% to the mere 11%.
The thesis presents a search for charged Higgs bosons, predicted in many theories beyond the Standard Model, decaying via H±→τ±ѵ in the mass range between 90 and 2000 GeV. It is based on 36 fb-1 of data collected with the ATLAS detector at center-of-mass energy √s = 13 TeV in the years 2015 and 2016. As an improvement to the former searches, a multivariate analysis is applied and used to separate the H± signal from the Standard Model background processes. The Boosted Decision Trees, BDT, output score is used as the discriminating variable in the final statistical analysis. Furthermore, since at low H± masses i.e. between the W-boson and top-quark masses, the kinematics of the t→bH± and t→bW± decay products can be very similar, variable sensitive to the the τ lepton polarisation is additionally used to improve discrimination power. The data are found to be in agreement with the background-only hypothesis. Model-independent limits are set on the production cross-section times branching fraction σ(pp→[b]tH±)x BR(H±→τ±ѵ) between 4.2 pb and 0.0025 pb for the charged Higgs boson mass range of 90–2000 GeV, corresponding to upper limits between 0.25% and 0.031% for the branching fraction BR(t →bH±) x BR(H±→τ±ѵ) in the mass range 90–160 GeV. In the context of the hMSSM scenario, all tanβ values are excluded for mH± below 160 GeV, whereas the H± mass range up to 1100 GeV is excluded at tanβ = 60. The presented thesis constitutes also the first complete implementation of the embedding method in the ATLAS Run-2 analysis. The technique makes use of the lepton universality of the W boson decay by constructing hybrid samples with simulated hadronically decaying τ leptons replacing muons from W±→μ±ѵ events in data. The main advantage of the embedding method is that one relies on the simulations only for the well understood electroweak decays of W boson and τ lepton and all other event properties are taken directly from data. It has been proven on 2015 data that the technique presents a significant improvement in the precision of background estimation with true hadronically decaying τ leptons. Compared to the fully simulated events, the uncertainty on the yield of the dominant (tt) ̅ background containing true t leptons reduces from 26% to the mere 11%.
Description
Keywords
Citation
Sponsorship:
This work was supported in part by National Science Centre grant
2017/25/B/ST2/01234
Grantnumber:
License Type
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Międzynarodowe