Modification des analyses existantes

Les différentes analyses utilisées lors de la combinaison pour Moriond EW 2014 ont été modifiées afin d’améliorer leur sensibilité. Les modifications majeures du point de vue de la combinaison sont présentées.

Pour l’analyse H → γγ [38], deux catégories dédiées au mode de production en association avec une paire de quarks top ont été introduites. De plus, les catégories existantes ont été redéfinies afin d’améliorer la sensibilité.

La différence majeure de l’analyse H → ZZ^∗ [48] est l’utilisation d’un ajustement à deux dimensions utilisant la masse invariante du système de quatre leptons ainsi que la sortie du BDT pour les catégories dédiées à la fusion de gluons et à la production par VBF. La combinaison des analyses H → ZZ^∗ et H → γγ a permis une mesure très précise de la masse du boson de Higgs, d’abord indépendamment par ATLAS et CMS puis la combinaison des quatre analyses a permis d’améliorer la précision. Les valeurs des masses obtenues indépendamment par ATLAS et CMS et par la combinaison des deux expériences [43] sont résumées par la figure 96. L’incertitude dominante sur la mesure de la masse reste statistique, toutefois le Run 2 devrait diminuer cette incertitude. La masse du boson de Higgs est ainsi connue avec une précision de l’ordre de 100 MeV.

Pour l’analyse H → W W^∗ [49, 57] l’ajout de catégories contenant trois ou quatre leptons permet d’obtenir une sensibilité au mode de production en association avec un boson de jauge. Dans les catégories contenant 3 leptons, les taux d’événements sont extraits en utilisant l’in-formation d’un BDT ou la distribution du ∆R minimum entre les leptons de charge opposée.

Aucune modification majeure n’a été introduite dans l’analyse H → τ τ [46], à l’exception de l’ajout des données prises à 7 TeV.

(a) (b)

(c) (d)

Figure 95 – Contour d’exclusion (cos(β − α), tan β) pour les modèles à deux doublets de Higgs de (a) type 1, (b) type 2, (c) type 3 et (d) type 4.

Figure 96 – Valeurs mesurées de la masse du boson de Higgs par les analyses des différentes expériences.

La modification majeure pour l’analyse H → b¯b [55] a été l’introduction d’une analyse multivariée basée sur un BDT pour les données prises à 8 TeV.

En plus de la modification des analyses déjà incluses dans la combinaison, de nouvelles analyses ont été ajoutées.

Le canal H → Zγ

La première analyse ajoutée est la recherche de la désintégration du boson de Higgs en un boson Z et un photon [40]. L’analyse sélectionne deux leptons isolés de même saveur et de charge opposée ainsi qu’un photon. La masse invariante du système de leptons doit satisfaire la condition m_ll > m_Z − 10 GeV et la masse du sytème de deux leptons et du photon doit être compatible avec la masse du boson de Higgs. Les catégories sont définies en fonction de la séparation en pseudo-rapidité du photon et du boson Z et le p_{T t} la composante du p_T orthogonale au thrust axis du système Zγ. La variable discriminante de l’analyse est la masse invariante du système Zγ.

Le canal H → µµ

La seconde analyse ajoutée est la recherche du boson de Higgs se désintégrant en une paire de muons [42]. Une catégorie requière que les événements contiennent deux jets, elle est sensible à la production par VBF. Les autres catégories sont divisées en fonction de la pseudo-rapidité du muon et de l’impulsion transverse du système de muons. La masse invariante du système de muons est utilisée comme variable discriminante.

Production associée à une paire de quarks top

Le dernier ensemble d’analyses ajouté à la combinaison est la recherche d’un boson de Higgs produit en association avec une paire de quarks top [56, 54, 52]. Ces analyses sont très impor-tantes du point de vue de la combinaison car elles permettent de contraindre le couplage de Yukawa au quark top directement. Il y a trois canaux principaux en fonction de la désintégra-tion du boson de Higgs. La première analyse recherche la désintégradésintégra-tion en une paire de quarks

b. Des catégories sont définies en fonction du nombre de leptons (1 ou 2) afin d’être sensibles aux désintégrations de la paire de quarks top, du nombre de jets total et du nombre de jets de b. L’analyse repose sur un réseau de neurones permettant d’améliorer la discrimination entre signal et bruit de fond. Il existe une analyse ne contenant aucun lepton mais cette analyse n’est pas incluse dans la combinaison.

La seconde analyse se concentre principalement sur les désintégrations en bosons W et en taus bien que la désintégration en bosons Z soit également considérée. Elle cherche des événements contenant plusieurs leptons, des catégories sont définies en fonction du nombre de leptons que contient l’événement. Le signal potentiel est déterminé à partir du nombre d’événements dans les données et du bruit de fond attendu.

La dernière analyse est dédiée à la désintégration en une paire de photons et est incluse dans l’analyse de recherche H → γγ.

Contraintes sur la largeur du boson de Higgs

Les deux dernières analyses incluses dans la combinaison s’intéressent à la région où le boson de Higgs est hors de sa couche de masse [45]. Deux désintégrations sont utilisées dans ce contexte : H^∗ → ZZ et H∗ → W W . La région où le boson de Higgs est hors de sa couche de masse est définie pour une masse supérieure à 2m_Z et 2m_W, respectivement. En supposant que les couplages du boson de Higgs sont indépendants de l’échelle d’énergie (κOnshell

i = κOffshell

i ), la combinaison de l’analyse hors-couche de masse avec l’analyse standard peut être utilisée pour contraindre la largeur total du boson de Higgs. En effet, il est possible d’écrire les relations suivantes : µ^Onshell = ^κ 2 gκ²_Z κ2 H (239) µ^Offshell= κ²_gκ²_Z (240)

la relation permettant de mesure κ_H est ainsi obtenue :

κ²_H = ^µ

Offshell

µOffshell (241)

Trois sous-analyses sont définies. La première analyse recherche l’état final où la paire de bosons Z se désintègre en quatre leptons. La région hors couche de masse est définies par 220 < m_4l < 1000 GeV. La discrimination du signal repose sur une méthode utilisant les

éléments de matrices afin d’améliorer la sensibilité au signal gg → H^∗ → ZZ. La seconde analyse se focalise sur le canal ZZ → 2l2ν. Pour cette analyse la masse transverse de la paire de bosons Z est utilisée comme variable discriminante sur l’intervalle 380 < m^ZZ_T < 1000 GeV.

La dernière analyse utilise le canal W W → eνµν. Une variable discriminante notée R₈ est définie à partir de la combinaison pondérée de la masse invariante du système de leptons et de la masse transverse du système total. Les événements sont sélectionnés si R₈ > 450 GeV. Le

nombre d’événements dans les données est comparé au nombre d’événements de bruit de fond attendu pour évaluer le signal potentiel.

6.4.2 Contraintes sur les modes de production et de désintégration

La figure 97a montre les facteurs de force du signal pour les désintégrations en supposant que les sections efficaces de production ont la valeur prédite par le modèle standard. Aucun

(a) (b)

Figure 97 – (a) Facteurs de force du signal pour les différents mode de désintégration et (b) Facteurs de force du signal normalisés par le processus gg → H → W W^∗.

excès significatif n’est observé dans les canaux à faible statistique H → µµ et H → Zγ. La valeur du facteur de force du signal global est :

µ = 1.18^+0.15_−0.14 = 1.18 ± 0.10(stat.) ± 0.07(expt.)^+0.08_−0.07(theo.). (242) elle est compatible avec les prévisions du modèle standard. Comme dans la combinaison réalisée pour Moriond, les rapports des facteurs de force du signal peuvent être déterminés par ajuste-ment, ils sont déterminés par rapport à la fusion de gluons. En plus du rapport des facteurs de force du signal des modes de production, des rapports similaires sont définis pour les modes de désintégration. Le résultat de l’ajustement est montré sur la figure 97b, il permet de mettre en évidence une production par la fusion de gluons avec une signification statistique supérieure à 5σ et une production par VBF avec une signification statistique de 4.3σ.

6.4.3 Contraintes sur les couplages

Des ajustements génériques ont été réalisés avec cette nouvelle combinaison. La figure 98 monre le résultat des différents ajustements. Le modèle le plus général réalisé en ajustant les coefficients de déviation des couplages directement comporte les paramètres suivants :

(κ_W, κ_Z, κ_t, κ_b, κ_τ, κ_µ, κ_γ, κ_g, κ_Zγ, BR_i,u). (243) Trois hypothèses sont utilisées pour obtenir un maximum de la fonction de vraisemblance non dégénéré. La première hypothèse, similaire à celle qui a été réalisée pour la combinaison pour les conférences d’hivers 2014, est de supposer BR_i,u = 0. La seconde hypothèse consiste à utiliser l’analyse hors couche de masse, en supposant que le couplage hors couche de masse est

(a) (b)

Figure 98 – (a) Coefficients de déviation des couplages pour différentes hypothèses (b) Coef-ficients de déviation des couplages normalisés au couplage entre le boson de Higgs et le boson Z.

le même que le couplage sur la couche de masse. Cette mesure permet de contraindre κ_H (ou de manière équivalente BRi,u comme la section 6.4.1 le détaille. La dernière hypothèse motivée par le fait que la section efficace de diffusion de boson W ne doit pas diverger impose que le couplage entre le boson de Higgs et les bosons de jauge W et Z doit être inférieur à 1. Dans les trois hypothèses, une contrainte sur κh peut être déduite en remplaçant l’un des paramètres ajustés par κ_h en appliquant la formule 209.