Contraintes sur les modes de production et de désintégration

Dans cette section,les facteurs de force de signal sont déterminés en effectuant différentes hypothèses. Dans toutes les parties suivantes, les profils à une dimension ou à deux dimensions de la fonction de vraisemblance sont obtenus de la même manière : les paramètres indiqués par le ou les axes sont fixés et les paramètres restants y compris les paramètres d’intérêt sont ajustés sur les données.

Modes de désintégration

D’un point de vue théorique, le secteur de Higgs relatif aux fermions et le secteur de Higgs relatif aux bosons de jauge sont différents. Pour le second, les couplages sont contraints par la symétrie de jauge alors que dans le premier un paramètre est associé à chaque fermion et il n’existe aucune relation les reliant, la seule contrainte existant sur ces paramètres est la masse mesurée des fermions. Le facteur µ défini par l’équation 170 peut être déterminé uniquement en combinant les analyses de désintégration en bosons de jauge : H → γγ, H → ZZ^∗ et

H → W W^∗ et uniquement pour les analyses de désintégration en fermions : H → b¯b, H → τ τ .

La maximisation de la fonction de vraisemblance qualifiée aussi d’ajustement est réalisée en fixant les facteurs de force du signal relatifs aux productions et aux désintégrations. Elle donne

Table 13 – Ensemble des catégories utilisées dans la combinaison. pour le cas de la désintégration en bosons de jauge :

µ_BR,γγ = µ_BR,ZZ∗ = µ^{W W∗} = µ_BR,γγ,ZZ∗,W W∗ = 1.35 ± 0.14 (stat) ^+0.16_−0.14 (sys) . (182) et dans le cas des fermions :

µ_{BR,τ τ} = µ_BR,bb = µ^{τ τ,bb} = 1.09 ± 0.24 (stat)^+0.27_−0.21 (sys) . (183) Dans les deux ajustements, la valeur déterminée est compatible avec le modèle standard. L’in-certitude est plus grande sur µτ τ,bb ce qui est cohérent avec le fait que ces analyses sont moins sensibles à cause d’importants bruits de fond néanmoins une observation de la désintégration du boson de Higgs en fermions a été réalisée avec une signification statistique de 3.7 σ.

Le facteur global de force du signal en combinant les cinq analyses peut également être déterminé. La valeur déterminée par l’ajustement est :

µ = 1.30 ± 0.12 (stat) ^+0.14_−0.11 (sys) . (184)

La valeur ajustée est dominée par les analyses de désintégration en bosons de jauge, ces analyses étant les plus sensibles. Pour cette mesure, les erreurs systématiques et statistiques sont du même ordre de grandeur, une meilleure compréhension des systématique sera donc nécessaire lors de la seconde prise de donnée du LHC qui permettra de considérablement diminuer l’erreur statistique. L’incertitude théorique est la source dominante d’incertitude systématique comme le monte la figure 74. Cette valeur est compatible avec la valeur prédite par le modèle standard.

Figure 74 – Récapitulatifs des facteurs de force du signal pour les différents modes de désin-tégration et les valeurs combinées des différentes analyses.

Une étude exclusive des modes de désintégration peut également être réalisée en fixant µ et les facteurs de force du signal relatifs aux modes de production. Le résultat est présenté dans la figure 74. L’excès observé dans les canaux de désintégration en bosons de jauge provient des analyses H → γγ et H → ZZ^∗. L’observation de la désintégration du boson de Higgs en fermions est dominée par l’analyse H → τ τ , en effet la valeur du facteur de force du signal pour la désintégration en paire de quarks b est à la fois compatible avec la valeur du modèle standard et l’hypothèse d’un bruit de fond seul. Pour toutes les désintégrations, les valeurs sont compatibles avec les prévisions du modèle standard.

Modes de production

Les taux des différents modes de production peuvent également être mesurés. Pour cela, les facteurs de force du signal relatifs aux désintégrations et le facteur global sont fixés dans l’ajustement.

La première paramétrisation pouvant être testée est celle où les modes de production faisant intervenir d’un côté les modes de production sensibles aux couplages avec les bosons de jauge,

µ_VBF+VH = µ_VBF = µ_VH et de l’autre les modes de production sensibles aux couplages avec les fermions µ_ggF+ttH = µ_ggF = µ_ttH. La figure 75a montre les contraintes simultanées sur les deux paramètres pour chaque analyse. Les analyses H → γγ et H → W W^∗ sont sensibles aux deux modes de production, tandis que l’analyse H → τ τ est sensible essentiellement à la production par VBF comme la section 6.3.1 l’a abordée alors que l’analyse H → ZZ^∗ est sensible surtout à la fusion de gluons. De plus, le changement de comportement brutal du

(a) (b)

Figure 75 – (a) Contours d’exclusion à 68% (trait plein) et à 95% degré de confiance (pointillé) pour les différentes analyses. (b) Profil en fonction du rapport µ_VBF+VH/µ_ggF+ttH de la fonction de vraisemblance pour chaque analyse et leur combinaison

contour pour des valeurs de µ_VBF+VH négatives est dû au faible nombre d’événements de bruit de fond attendu ajouté au fait que le nombre total d’événements ne peut pas être négatif, la valeur du facteur de force du signal ne peut donc pas être infiniment négative. Le canal H → b¯b

n’est pas inclus dans la figure car il n’est sensible qu’à la production associée à un boson de jauge, de plus les contraintes sur ce mode de production sont faibles. La figure 75a suppose que les rapports d’embranchement sont ceux prévus par le modèle standard. En déterminant uniquement le rapport des deux paramètres, il est possible d’obtenir un résultat sans hypothèse sur les rapports d’embranchement, comme le montre la figure 75b. Le résultat de l’ajustement sur les analyses combinées donne la valeur suivante compatible avec les prévisions du modèle standard :

µ_VBF+VH/µ_ggF+ttH = 1.4^+0.5_−0.4 (stat) ^+0.4_−0.2 (sys) (185) L’incertitude dominante dans ce résultat est l’incertitude sur les prédictions théoriques de la section efficace de production par fusion de gluons. La figure 75b montre les contributions de chaque analyse au résultat combiné. L’analyse H → γγ apporte la contrainte la plus grande dans l’ajustement. L’analyse H → τ τ n’apporte aucune contrainte supérieure sur le rapport car aucune observation significative n’a été réalisée dans les catégories sensibles à la fusion de gluons, le facteur de force du signal associé à ce mode de production peut donc être très faible. La sensibilité à la production par VBF seule peut également être testée par ajustement du paramètre µ_VBF/µ_ggF+ttH. De plus, afin de ne pas être influencée par les catégories sensibles à la production associée à un boson de jauge, le paramètre µ_VH/µ_ggF+ttH s’ajuste indépendamment de µ_VBF/µ_ggF+ttH dans la maximisation de la fonction de vraisemblance. La valeur suivante est obtenue :

µ_VBF/µ_ggF+ttH = 1.4^+0.5_−0.4 (stat) ^+0.4_−0.3 (sys) (186) Ce résultat constitue une observation de la production par VBF avec une signification statis-tique de 4.2σ. La comparaison des résultats 185 et 186 montre que les analyses contraignent

surtout la production par VBF, la contrainte sur le mode de production en association avec un boson de jauge provient surtout de l’analyse H → γγ et des catégories dédiées à ce mode de production. L’étape suivante est de déterminer les couplages entre le boson de Higgs et les différentes particules du modèle standard.