LHC実験でのボトムクォークを利用した新物理探索における背景事象の研究

本研究の目的は,LHC実験においてH→bb探索を行う際に重要となる背景事象の性質を明らかにすることである。Zボソンを伴い生成されたヒッグスがボトム反ボトムクォーク対に崩壊する事象を探索すべき信号としているので,Zボソンが2つのジェットを伴い生成される事象が主な背景事象となる。また,探すべき信号の終状態には,Zボソンのレプトニック崩壊を用いるので,トッブクォーク対の生成後トップクォークの崩壊により生成されたWボソンがレプトニック崩壊する事象も背景事象として大きく寄与する。そこで,これら2つの事象の生成量およびそれらの終状態に存在する粒子の運動学的特徴の精査を行った。検出器の分解能や検出効率をシミュレーションに反映させ,上記背景事象を評価したところ,背景事象数だけでなく,レプトンやボトムクォーク起源のジェットの運動量や角度分布が実データを再現していることがわかった。これにより,背景事象を理解できていると考え,予想する背景事象数を越えた事象数がないかどうかを検証した。標準模型が正しいと仮定すると,観測されうる事象数は背景事象数に比べて遥かに少ないので統計的に有意な信号数を得るのは難しいが,同時に,背景事象数とも完全には一致しないという灰色の状況になることが予想され,実際のデータでも統計的に有意な信号を観測するには至らなかった。ヒッグスの信号を観測することはできなかったが,ヒッグスとフェルミオンとの結合を直接観測できることからH→bbの観測はLHCの物理プログラムの中でも最重要課題の一つであり,2015年の実験再開後のメインテーマとなることが予想されている。そのテーマを先取りして,背景事象を理解できた点に学術的に大きな意義がある。

本研究の目的は,LHC実験においてH→bb探索を行う際に重要となる背景事象の性質を明らかにすることである。Zボソンを伴い生成されたヒッグスがボトム反ボトムクォーク対に崩壊する事象を探索すべき信号としているので,Zボソンが2つのジェットを伴い生成される事象が主な背景事象となる。また,探すべき信号の終状態には,Zボソンのレプトニック崩壊を用いるので,トッブクォーク対の生成後トップクォークの崩壊により生成されたWボソンがレプトニック崩壊する事象も背景事象として大きく寄与する。そこで,これら2つの事象の生成量およびそれらの終状態に存在する粒子の運動学的特徴の精査を行った。検出器の分解能や検出効率をシミュレーションに反映させ,上記背景事象を評価したところ,背景事象数だけでなく,レプトンやボトムクォーク起源のジェットの運動量や角度分布が実データを再現していることがわかった。これにより,背景事象を理解できていると考え,予想する背景事象数を越えた事象数がないかどうかを検証した。標準模型が正しいと仮定すると,観測されうる事象数は背景事象数に比べて遥かに少ないので統計的に有意な信号数を得るのは難しいが,同時に,背景事象数とも完全には一致しないという灰色の状況になることが予想され,実際のデータでも統計的に有意な信号を観測するには至らなかった。ヒッグスの信号を観測することはできなかったが,ヒッグスとフェルミオンとの結合を直接観測できることからH→bbの観測はLHCの物理プログラムの中でも最重要課題の一つであり,2015年の実験再開後のメインテーマとなることが予想されている。そのテーマを先取りして,背景事象を理解できた点に学術的に大きな意義がある。