ヒッグス粒子の早期発見のためのハドロン崩壊したタウ粒子識別の研究

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LHCアトラス実験の最も重要な目的は質量の起源を解明する鍵となるヒッグス粒子発見を行うことであり、これまでの実験結果から間接的には比較的質量の軽い(120GeV付近)ヒッグス粒子の存在が期待されている。この質量領域において、ゲージ粒子融合過程からヒッグス粒子が生成され、それがタウ粒子対に崩壊する過程(VBF H->ττ過程)は発見において非常に有望であることが分かっている。一般にタウ粒子の約65%はハドロンに崩壊するため、ハドロンに崩壊するタウ粒子を再構成・識別する効率を改善することは早期発見のためには非常に重要である。アトラス検出器を詳細に再現するシミュレーションを用いて、VBF H->ττ過程に特化したタウ粒子識別能力の改善のための研究を行った。この過程のヒッグス粒子から崩壊するタウ粒子の運動量はせいぜい150GeV程度である。本研究では、この領域、特に20GeVから40GeV程度の運動量を持つタウ粒子の識別能力を改善することを目指した。タウ粒子は1あるいは3個の荷電粒子と0あるいはそれ以上の中性粒子に崩壊する。この荷電粒子に着目し、再構成をこれまでのカロリーメータをベースする方法ではなく荷電粒子をベースに行った。また、タウ粒子はカロリーメータ上に非常に狭い範囲にのみエネルギーを落とすため、セルという測定の最小単位をベースにした識別方法を開発した。これらの新しい再構成・識別方法によって、50%程度の同定効率に対して、グルーオンジェットの誤同定率は約2%、クオークジェットに対しては約6%の性能を得た。これらは既存のアルゴリズムと同程度の性能であり、クオークジェットに対しては20-40GeVにおいて若干の改善が見られた。これらの研究成果はアトラス実験グループ内で行われる会議において、合計6回の研究発表を行い、他の研究者と活発な議論を行い実際の開発に反映させた。