トップクォーク対と随伴生成されるヒッグス粒子の探索とトップクォーク湯川結合の測定

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15J04660
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 本多 俊介 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Keywords: ATLAS / LHC / ヒッグス / トップクォーク / ttH背景事象見積もり / ttH信号感度

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、欧州原子核研究機構(CERN)の陽子衝突型加速器LHCのATLAS検出器によって取得するデータを用いて、未だ発見されていないトップクォーク対と随伴生成されるヒッグス粒子(ttH生成モード)を発見し、トップクォークとヒッグス粒子の湯川結合定数を測定することが目的である。LHCの重心系エネルギーの増強に伴い、検出器の再校正が実施されデータの様相も大きく変更された。そのため、再開されたALASの運転に従事し、検出器およびデータ取得、それらの更新事項を十分に理解した。さらに、エネルギー増強によって粒子衝突の振る舞いが変わり、データを用いた背景事象の見積もりは再度最適化が必要となった。そこで、これらの見積もりを行う事で、背景事象・物理現象の理解を行った。現在もこの評価は継続中であり、次年度に取得される高統計のデータとともに評価を詳細に進めていく予定である。研究実施計画にも記した新手法の評価についても解析・評価を始め、ttH生成モードの感度向上の可能性を見出す事ができた。特に、ttH信号量と背景事象量がともに多いシミュレーションの校正領域から信号を優先的に選別する事ができた。本研究は、ATLAS稼働への従事や細部にわたる評価を必要とし、CERN現地での研究活動が非常に重要であった。次年度以降も継続して現地へ赴き、研究課題を充実させていく。
今年度のLHCの運転は予定通りに重心系エネルギーを増強したものの、取得されたデータ量では本測定には不十分であった。そのため今年度は、増強されたエネルギーでの先行研究の再現を行い、解析方法の有用性を検討するとともに、検出器およびデータ取得といった、本研究に必要な知識・手法の獲得に多くの時間を割いた。次年度では高統計のデータとともに今年度培ったノウハウを用いて、トップ湯川結合について初めて統計的に有意な測定を期待する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度の取得データ量は本研究には不十分であったものの、研究に必要な知識や手法を理解して準備を進めることができた。
ATLASの運転に携わることによって、読み出し系モニターの開発とデータ品質の判定に務めた。物理解析のための事象を選別する基準を増強された重心系エネルギーで確認できたが、これによって背景事象の見積もりが増強以前に比べて困難となり、今年度はこの見積もりのために多くの時間を割くこととなった。しかしながら、先行研究の再現と合わせて進めていく中で、解析に使用するツール開発や物理事象の詳細な理解をおおむね順調に進行できたと言える。
また、シミュレーションを用いて、発見したいttH生成モードの信号感度向上の新手法を評価した。背景事象校正のための領域からttH信号を優先的に選別し信号領域に回復できる可能性を見出すことができた。詳細な評価や他の新手法については次年度以降に行うが、それらのためのツール開発は今年度中に行った。

Strategy for Future Research Activity

おおむね計画通りに次年度も本研究を進行させる。
次年度の夏の研究結果の公表までに、最終的な信号強度の算出や詳細な背景事象の見積もりを行い、共同研究者と相互に確認をする。次年度の春の研究成果には新手法が多く取り入れる予定であり、新手法込みでの信号強度算出を行っていき、それらの有用性を評価していく。また、欧州原子核研究機構内に限らず、広く国際学会へ参加・発表し、第一線で活躍する研究者との意見交換を積極的に行う事で、様々な新手法をさらに考案・試行する。