The Higgs boson is the only elementary particle predicted by the Standard Model (SM) that has not yet been observed experimentally. If it exists, it explains the spontaneous electroweak symmetry breaking and the origin of mass for gauge bosons and fermions. We test the validity of the SM by performing a search for the associated production of a Higgs boson and a W boson in the channel where the Higgs boson decays to a bottom-antibottom quark pair and the W boson decays to a charged lepton and a neutrino (the WH channel). We study a dataset of proton-antiproton collisions at a centre-of-mass energy of 1.96 TeV provided by the Tevatron accelerator, corresponding to an integrated luminosity of 5.7 inverse femtobarns , and recorded using the Collider Detector at Fermilab (CDF). We select events consistent with the signature of exactly one charged lepton (electron or muon), missing transverse energy due to the undetected neutrino (MET) and two collimated streams of particles (jets), at least one of which is required to be identified as originating from a bottom quark. We improve the discrimination of Higgs signal from backgrounds through the use of an artificial neural network. Using a Bayesian statistical inference approach, we set for each hypothetical Higgs boson mass in the range 100 - 150 GeV/c^2 with 5 GeV/c^2 increments a 95% credibility level (CL) upper limit on the ratio between the Higgs production cross section times branching fraction and the SM prediction.Our main original contributions are the addition of a novel charged lepton reconstruction algorithm with looser requirements (ISOTRK) with respect the electron or muon tight criteria (TIGHT), as well as the introduction of a novel trigger-combination method that allows to maximize the event yield while avoiding trigger correlations and that is used for the ISOTRK category. The ISOTRK candidate is a high-transverse-momentum good-quality track isolated from other activity in the tracking system and not required to match a calorimeter cluster, as for a tight electron candidate, or an energy deposit in the muon detector, as for a tight muon candidate. The ISOTRK category recovers real charged leptons that otherwise would be lost in the non-instrumented regions of the detector. This allows the reconstruction of more W boson candidates, which in turn increases the number of reconstructed WH signal candidate events, and therefore improves the sensitivity of the WH search. Since there is no ISOTRK-dedicated trigger at CDF, for the ISOTRK charged lepton category we employ three MET-plus-jets-based triggers using a novel method, which allows the combination of any number of triggers in order to maximize the event yield while avoiding trigger correlations. On an event-by-event basis, only the trigger with the largest efficiency is used. By avoiding a logical "OR" between triggers, the loss in the yield of events accepted by the trigger combination is compensated by a smaller and easier-to-compute corresponding systematic uncertainty. The addition of the ISOTRK charged lepton category to the TIGHT category produces an increase of 33% in the WH signal yield and a decrease of 15.5 % to 19.0 % in the median expected 95 % CL cross-section upper limits across the entire studied Higgs mass interval. The observed (median expected) 95 % CL SM Higgs upper limits on cross section times branching ratio vary between 2.39 x SM (2.73 x SM) for a Higgs mass of 100 GeV/c^2 to 31.1 x SM (31.2 x SM) for a Higgs mass of 150 GeV/c^2, while the value for a 115 GeV/c^2 Higgs boson is that of 5.08 x SM (3.79 x SM).The novel trigger combination method is already in use by several CDF analyses. It is applicable to any analysis that uses triggers based on MET and jets, such as supersymmetry searches at the ATLAS and CMS experiments at the Large Hadron Collider. In its most general form, the method can be used by any analysis that combines any number of different triggers. / Le boson de Higgs est la seule particule elementaire predite par le Modele Standard qui n'a jamais ete observee experimentalement. S'il existe, il explique la brisure spontanee de la symetrie electrofaible, ainsi que la masse des bosons W et Z et de tous les fermions. On verifie la validite du Modele standard en effectuant une recherche sur la production associee d'un boson de Higgs et d'un boson W dans le cas ou le boson de Higgs se desintegre en une paire de quarks bottom-antibottom et le boson W se desintegre en un lepton charge et un neutrino (le mode WH). Nos donnees furent accumulees en etudiant des collisions proton-antiproton a une energie au centre de masse de 1.96 Tev produites par l'accelerateur Tevatron, a une luminosite integree de 5.7 femtobarns inverses et collectees par le detecteur Collider Detector at Fermilab (CDF). On selectionne des evenements avec une signature correspondante a exactement un lepton charge (electron ou muon), de l'energie manquante transversale a cause du neutrino qui s'echappe du detecteur (MET) et deux jets de particules, dont au moins un doit provenir d'un quark bottom. On ameliore la discrimination entre le signal Higgs et le bruit de fond a l'aide d'un reseau de neurones artificiels. En utilisant une inference statistique bayesienne, on calcule pour chaque masse hypothetique du boson de Higgs dans l'intervalle 100-150 GeV/c^2, avec des increments de 5 GeV/c^2, une limite superieure de 95% d'intervalle de credibilite (CL), sur le rapport entre la section efficace multipliee par le rapport d'embranchement et celle predite par le Modele Standard. Notre contribution principale est l'introduction d'un nouvel algorithme de reconstruction d'un lepton charge avec des criteres plus laches (ISOTRK) par rapport aux criteres stricts de reconstruction des candidats d'electrons et de muons (TIGHT). La deuxieme contribution majeure consiste en l'introduction d'une nouvelle methode pour combiner des declencheurs differents permetant de maximiser le nombre d'evenements selectionnes et en meme temps que d'eviter les correlations entre les declencheurs.Un candidat de ISOTRK est une trajectoire qui correspond aux criteres de qualite, qui a une large quantite de mouvement transverse, qui est isolee d'autres activites dans le detecteur de trajectoires et qui ne doit pas se prolonger dans une zone active du calorimetre (detecteur de muons), comme pour un candidat d'electron (muon). Les candidats de ISOTRK recuperent de vrais leptons charges qui seraient autrement perdus dans les zones non instrumentees du detecteur. L'ajout de la categorie ISOTRK a la categorie TIGHT permet de reconstruire plusieurs bosons W reels et par la suite de recuperer plusieurs evenements WH, ce qui ameliore la sensitivite de la recherche de WH.Comme a CDF il n'y a pas de declencheurs dedies au leptons charges ISOTRK, on utilise pour la categorie ISOTRK trois declencheurs bases sur MET et jets avec une nouvelle methode qui permet de maximiser le nombre d'evenements accumules tout en evitant les correlations des declencheurs. Pour chaque evenement, ce n'est que le declencheur avec la plus grande efficacite qui est utilise. Le nombre d'evenements ramasses est legerement inferieur a celui d'un "OR" logique entre les declencheurs, mais cela est compense par une erreur systematique qui est a la fois moins importante et plus facile a evaluer. Dans sa forme la plus generale, la methode peut etre utilisee par toute analyse qui utilise un nombre variable de declencheurs differents. L'utilisation de la categorie ISOTRK en plus de la categorie TIGHT augmente de 33% le nombre d'evenements WH selectionnes et decroit de 15.5% a 19.0% la limite superieure mediane attendue. La limite superieure observee (attendue) varie entre 2.39 x SM(2.73 x SM) pour un boson de Higgs de 100 GeV/c^2 jusqu'a 31.1 x SM(31.2 x SM) pour un boson de Higgs de 150 GeV/c^2. En meme temps, pour un boson de Higgs de 115 GeV/c^2, la valeur est 5.08 x SM(3.79 x SM).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104593 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Buzatu, Adrian |
| Contributors | Andreas Warburton (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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