ＡＴＬＡＳ実験におけるタウ粒子に崩壊するヒッグス粒子の単独発見と湯川結合測定

ATLAS实验和汤川耦合测量中单一发现希格斯玻色子衰变为tau粒子

基本信息

批准号：
13J05637
负责人：
櫻井雄基
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J05637/
关键词：
ヒッグス ATLAS LHC タウ粒子ヒッグス粒子アトラス実験素粒子実験

项目摘要

ATLAS/CMS実験によるボソン過程でのヒッグス粒子の発見以降、ヒッグス粒子の研究は、探索から性質測定に移行している。その中でフェルミオン（タウ粒子、ボトムクォーク等）過程での単独発見は現代の素粒子物理学の最重要課題の一つである。本研究では、フェルミオン過程で最も探索感度の高いH → ττ過程における直接探索を、ATLAS実験で2011、2012年に取得された全データを用いて行った。特にタウ粒子のトリガー、同定効率、またフェイク事象の見積もり等に焦点を当て研究を行い、結果として信号有意度 4.3σ/3.4σ（実験値/予想値）を算出し、H → ττの実験的証拠（3σ以上）を観測することに成功した。また、上記のデータ解析の高感度領域を使用し、ヒッグス粒子の性質を検証するためCP（Charge-Parity）の測定にも着手した。CPの状態によってタウ粒子のスピン状態が変化することを利用し、タウ粒子対の崩壊面角度を再構成する基礎測定法を構築することに成功した。更に、2015年から運転を再開するATLAS Run-2 実験に向けたタウ粒子トリガーの開発を行った。高エネルギー、高輝度下で多量に発生するパイルアップ事象を効率的に除去し、安定したデータ取得を行うトリガーの開発、最適化、更にトリガーレートの算出に焦点を当てて研究を行った。実際に自ら開発を行ったトリガーがRun-2実験に挿入され、H → τ τの研究に使用される。また、2015年後半から挿入されるFTK (Fast Tracker) による更なるトリガー効率向上が期待できる。研究結果として H → τ τの実験的証拠の観測を達成し、今後のRun-2実験に向けたトリガー開発、及び性質測定法の構築まで研究を実施することができた。

由于使用Atlas/CMS实验在玻色子过程中发现了希格斯颗粒，因此对Higgs颗粒的研究已从搜索转变为属性测量。其中，发现费米亚过程（tau颗粒，底部夸克等）是现代粒子物理学中最重要的问题之一。在这项研究中，使用ATLAS实验中2011年和2012年获得的所有数据，在H→ττ过程中进行了直接搜索，该过程在费米昂过程中具有最高的搜索灵敏度。我们进行了研究，特别是集中于tau粒子触发，识别效率和假事件的估计，因此，我们计算了信号意义4.3σ/3.4σ（实验值/估计值），并成功观察到了H→ττ的实验证据（3σ或更多）。此外，使用上述数据分析的高度敏感区域，我们还开始测量CP（电荷 - 准则）以验证HigGS颗粒的特性。利用这一事实是，tau颗粒的自旋状态根据CP的状态而变化，我们成功地构建了一种基本的测量方法，该方法重建了Tau颗粒对的塌陷表面角度。此外，该公司为Atlas Run-2实验开发了一个TAU粒子触发器，该实验将在2015年恢复运行。该研究的重点是开发，优化和计算触发速率，以有效地消除高能量和高亮度下大量发生的大量堆积事件，并有效地获取稳定的数据。实际开发的触发器插入了Run-2实验中，并用于研究H→ττ。此外，预计可以通过FTK（快速跟踪器）实现触发效率的进一步提高，FTK将从2015年下半年开始插入。由于研究的结果，我们已经实现了H→ττ的实验证据的观察，并能够进行研究，包括对未来Run-2实验的触发器的开发，以及构建实验的构建方法。