在ATLAS实验中寻找伴随单top夸克产生的带电Higgs粒子

Search for the new physics beyond Standard Model is one hot topic in particle physics, and the observation of a charged Higgs boson would clearly indicate new physics beyond the Standard Model. The light charged Higgs, mass less than top quark, has been constrained in limit mass space. So, it's more important to search the heavy charged Higgs, heavier than top quark mass. LHC will run under 14TeV collision energy in 2015, and one window for new physics will be open probably under this new energy frontier. In this study, heavy charged Higgs will be searched through tb channel based on collision data at 14TeV collected by ATLAS detector. This study covers the charged Higgs production and decay processes where one top quark decays leptonically and the other decays hadronically. In this study, the combinatoric background invloved when reconstructing the charged Higgs is a challenging problem, but can be overcome by employing one multivariate techniques. A boost decision tree method will be used to discriminate the signal events. The significance of charged Higgs will be derived for the mass range 180GeV-1000GeV. By the way, the reconstruction method for miss energy based on track detectors will be study in order to improve the prisicion of miss energy which was deviated by high pileup in ATLAS RunII.

寻找超出标准模型的新物理是粒子物理的热点问题，而带电Higgs粒子的发现将会成为新物理存在的确凿证据，质量小于top夸克的轻带电higgs粒子存在空间已被压缩，寻找质量大于top夸克的重带电Higgs粒子变的愈发重要。2015年，LHC将在14TeV对撞能量下运行，有望打开新物理的窗口。本课题将研究利用ATLAS实验未来14TeV能量下的数据，通过伴随单top夸克产生过程，在含有轻子的末态中，寻找重带电Higgs粒子。课题内容将研究利用多参量分析likelihood方法优化带电Higgs粒子质量重建，并利用多参量分析BDT方法分辨信号事例，在180-1000GeV质量空间内，扫描带电Higgs粒子存在的显著性，期望发现带电Higgs粒子。为降低事例堆积对丢失横动量的重建精度的影响，本课题还拟开展利用径迹探测器重建丢失横动量的研究。

利用ATLAS实验在2015到2016年收集的质心能量13TeV的大型强子对撞机质子质子对撞实验数据（总亮度36.1fb-1），寻找带电Higgs粒子伴随单top夸克产生且带电Higgs粒子衰变到top夸克和b夸克的过程。本工作利用最大似然函数法对带电Higgs产生过程进行估计，分析结果表明，在质量区间200-2000GeV，没有发现相对零假验假设的明显超出，本工作还估计了带电Higgs粒子产生截面上限，其随带电Higgs质量而变化，对应200GeV质量的上限截面为2.9pb，而对应2000GeV的上限截面为0.07pb。利用同一批ATLAS实验数据，我们还搜寻了标准模型Higgs伴随top夸克对产生且末态含多轻子的过程，同样使用最大似然函数方法，相对标准模型背景过程进行假设检验，分析结果表明，实验数据以4.1倍标准偏差超出仅有背景的假设（模拟数据估计超出应在2.8倍标准偏差），结合其他强子道的结果，ttH产生过程的显著性超过了5倍标准偏差，首次证明ttH过程的存在，是粒子物理学的一个重要科技进展。测量到ttH产生截面是790fb，与标准模型预言的截面507pb在误差内相符。丢失横动量重建质量与所有事例的重建有关，为降低由于事例堆积对丢失横能量的影响，组合所有电子、缪子、电子化τ和喷注在量能器和内部径迹探测器的信息，重建丢失横动量Emiss，并利用ATLAS实验2015年收集质心能量13TeV的3.2fb-1的数据，对Emiss的标度、分辨率和灵敏度等多种性能参数进行评价，结果表明，该丢失横动量的各项性能指标相对传统方法都有一定程度改善。