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41
ATLAS-CONF-2012-137

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ATLAS-CONF-2012-137

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とあるExotics会議のサマリーより

2 → 話はRUN2へ

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新粒子発見の前兆とは

• 最近の新粒子、成長の記録が取れている好例 : Hà 4 leptons

3

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新粒子発見の前兆とは

• 最近の新粒子、成長の記録が取れている好例 : Hà 4 leptons

4

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2011年末の段階

•  discovery paper PLB 716(2012) 1 は10.7 fb-1 (4ℓ𝓁-channelのみで~3.5𝜎) •  2011年末の段階(4.8 fb-1)では、既に兆候ははっきりとしていた、が。

5

ATLAS-CONF-2012-092

教訓: 一. ぱっと見、ないからと言って諦めてはいけない 一. 統計処理するには十分なBG理解が必要

[GeV]4lm100 150 200 250

Even

ts/5

GeV

0

5

10

15

20

25

-1Ldt = 4.8 fb0 = 7 TeVs

4lA(*)ZZAH

Data(*)Background ZZ

tBackground Z+jets, t=125 GeV)

HSignal (m

=150 GeV)H

Signal (m=190 GeV)

HSignal (mSyst.Unc.

Preliminary ATLAS

[GeV]Hm110 120 130 140 150 160 170 180

0Lo

cal p

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

210 Obs. combinedExp. combinedObs. 2011Exp. 2011Obs. 2012Exp. 2012

PreliminaryATLAS 4lA

(*) ZZAH-1Ldt =4.8 fb0=7 TeV: s-1Ldt =5.8 fb0=8 TeV: s

m2

m3

m1

m4

統計処理すると 結構見えてる(2011は青) けれど2σちょっと

質量分布はかなり心眼が必要

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88TTeeVVのデータを見る上で

• 始めから「ない」と思って見てはいけません (Run-2の発見の兆候が見えてるかも知れません) ひょっとしたら、という穿った目で見てください

• Higgsの例ほどきれいには分からないであろう理由 •  Exoticsは high energy tail の部分なのでBGのモデリング・評価 の不定性が大きい

•  SM Higgsのような(ある程度)確実は信号モデルがない → ピーク or excess → ピークだとしても幅・大きさは隠れてる物理次第

• このトークでは •  スペクトルを見る、できれば統計情報も見る(p0分布はない) •  BG評価、不定性の主な寄与は何か

6

うが

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Exotics strategy – 1 •  signature-based & model-independentな探索が望ましい

しかし余りにもphase-spaceが広すぎる • ある程度モデルをガイドにして ’hot’ な領域を重点的に攻める

• Naturalness : 余剰次元、 Little Higgs, à (VLQ) • Dark Matter à mono-X 探索 •  Exotic Higgs decays / Higgs in Exotic decays • 長寿命粒子 à hidden valley シナリオ等

• また近年のBoosted Objects(Jet,W,Z ... )に対する技術的 発展も最大限活用していく

7

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Exotics strategy – 2

•  Signature-basedに基づく探索(これで多くの現象論をカバーする) •  探索結果に基づき→現象論毎の解釈 •  ここでは、単純な系→複雑な系へ、信号順に紹介

•  1 object •  Mono-X ; X=jet, photon, W/Z, etc

•  2 objects •  Dilepton, Dijet, Photon+X, etc

•  more objects •  Dijet + W/Z, DiBoson Resonance, etc •  many objects

•  特別なケース •  ttbar resonance •  VLQ (vector like quarks) •  Long-lived particle

8

単純な系

複雑な系

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9

Mono-X / Z / Jet / 𝛾

Large PT object + Large MET (recoil)

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Mono-Jet (or Photon)

•  Selection • MET> xxx GeV, 1 jet pT> xxx GeV

(SR1,2,3,4: xxx=120,220,350,500) • 2nd jet pT>30GeVがいれば排除

•  BG • Z(à𝜈𝜈)+jets • W(àℓ𝓁𝜈)+jets • Z/Wが系統誤差の主な要素

MCベースの評価

•  SR4ではかなりMCとずれてしまう •  Interpretation

• Large Extra Dimensionモデル ppà KK massive graviton + jet (MDの下限値)

• GMSBモデル ppà gravitino + squark/gluino (graivitino質量)

10

ATLAS-CONF-2012-147

[E

vent

s/G

eV]

TdN

/dp

-110

1

10

210

data 2012Total BG

) + jetsii AZ ( ) + jetsi l AW (

ll ) + jetsAZ ( Dibosons

+ single toptt=3 TeV

DADD n=2, M

=670GeV*

D5 M=80GeV, MeV-4=10

G~=1TeV, M

g~/q~, Mg~/q~ + G~

-1 Ldt=10.5fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary

[E

vent

s/G

eV]

TdN

/dp

-110

1

10

210

jet1 [GeV]T

p300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Dat

a / B

G

0.51

1.5

10.5 /fb

SR1

SR2

SR3

SR4

[pb]

D × A

×

m

-210

-110

1

95% CL

Expected limit

Observed limit

expm 1±

expm 2±

-1 Ldt=10.5 fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary

SR3

jet pT [GeV] 断面積の上限

超過は見えていない

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Even

ts /

25 G

eV

1

10

210

310

410

510

610

710 iiAZilAW

tttQCD

-l+lAZ = 3b= 2 TeV, DADD M

= 1 GeVr

= 0.9 TeV, MRDM = 2 TeVUR=1.7, UUNP d

Data

CMS Preliminary = 8 TeVs

-1L dt = 19.5 fb0

[GeV] TmissE

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Dat

a / M

C

00.5

11.5

2

Mono-Jet (or Photon)

•  mono-jet (CMS) •  8TeV 全統計 •  解析手法はATLASと同じ •  超過は見えていない 11

CMS EXO-12-048

[GeV]missTE

150 200 250 300 350 400 450 500

Eve

nts

/ GeV

-310

-210

-110

1

10

210 =7 TeV)sData 2011 (

a)+iiAZ(aW/Z+

W/Z+jet+jet, multi-jet, dibosonatop,

Total background=1.0 TeV, n=2

DADD NLO, M

=400 GeV*

=10 GeV, MrWIMP, D5, m

ATLAS-1 L dt = 4.6 fb0

[GeV]missTE

150 200 250 300 350 400 450 500

Eve

nts

/ GeV

-310

-210

-110

1

10

210

Phys.Rev.Lett. 110, 011802 (2013)

19.5 /fb

•  mono-photon (ATLAS) •  7 TeV 4.6/fb •  photon pT>150GeV要求 •  pT>30GeV jetがいれば除外

è Dark Matterに焼き直して制限付け

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Mono-W/Z 探索

12

50 60 70 80 90 100 110 120

Eve

nts

/ 1

0 G

eV

0

50

100

150

200

250Data

)+jet!!Z()+jet"/µW/Z(e/

TopDibosonuncertainty

D5(u=d) x100D5(u=-d) x1

ATLAS = 8 TeVs -120.3 fb > 350 GeVmiss

TSR: E

[GeV] jetm50 60 70 80 90 100 110 120

Eve

nts

/ 1

0 G

eV

0

5

10

15

20

25

30

35 D5(u=d) x20D5(u=-d) x0.2

> 500 GeVmiss

TSR: E

•  Large radius jet • capture two quarks from W/Z • 内部subjetのbalanceを  で評価

•  Selection • MET trigger > 150GeV

+ large radius jet (R=1.2, >250GeV, m=50~120GeV, √y>0.4)

• MET>350,500GeV • BG

• Z(à𝜈𝜈)+jets • W(àℓ𝓁𝜈)+jets • 主な系統誤差はCRの統計の少なさに起因するもの

mJET [GeV]

ETmiss > 350GeV

ETmiss > 500GeV

20.3 /fb

y

y = min(pT1,pT2)ΔR /mjet

目立った超過は見えていない

Phys.Rev.Lett. 112, 041802 (2014) ATLAS-CONF-2013-073

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Dark Matterへの制限 •  仮定するinteractionの形式でspin

(in)dependenceが決まる •  またenhanceする効果の有無

13

[GeV]!m1 10 210

310

-4610

-4410

-4210

-4010

-3810

-3610

SIMPLE 2011-

W+IceCube W

bIceCube b

COUPP 2012

PICASSO 2012

D9:obs

)!!D9: ATLAS 7TeV j(

= 8 TeVs -1

20.3 fb

spin-dependent

ATLAS

[GeV]!m1 10 210

310

]2

-N c

ross

-sect

ion [cm

!

-4610

-4410

-4210

-4010

-3810

-3610D5(u=-d):obs

D5(u=d):obs

)!!D5:ATLAS 7TeV j(

COUPP 2012

CoGeNT 2010

XENON100 2012

CDMS low-energy

spin-independent

90% CL

[ GeV ]rWIMP mass m1 10 210 310

]2W

IMP-

Nuc

leon

cro

ss s

ectio

n [ c

m

-4510

-4310

-4110

-3910

-3710

-3510

-3310

-3110

-2910ATLAS , 90%CL-1 = 7 TeV, 4.7 fbs

Spin-independent

XENON100 2012CDMSII low-energyCoGeNT 2010

Dirac)rr j(AqD5: CDF q

Dirac)rr j(AqD1: q

Dirac)rr j(AqD5: q

Dirac)rr j(AD11: gg

theorym-1

[ GeV ]rWIMP mass m1 10 210 310

]2W

IMP-

nucl

eon

cros

s se

ctio

n [ c

m

-4110

-4010

-3910

-3810

-3710

-3610

-3510

ATLAS , 90%CL-1 = 7 TeV, 4.7 fbs

Spin-dependent

SIMPLE 2011Picasso 2012

Dirac)rr j(AqD8: CDF q

Dirac)rr j(AqD8: CMS q

Dirac)rr j(AqD8: qDirac

)rr j(AqD9: qtheorym-1

[GeV]rm1 10 210 310

] 2-N

ucle

on c

ross

sec

tion

[cm

r -4510

-4410

-4310

-4210

-4110

-4010

-3910

-3810

-3710

-3610

-3510

-3410

-3310 90% CL, Spin DependentSIMPLE Picasso

Dirac)rr j(AqCDF, D8, q

Dirac)rr(a Aq), D8, q-1CMS (5 fb

Dirac)rr(a AqATLAS, D8, q

Dirac)rr(a AqATLAS, D9, q

ATLAS -1 Ldt = 4.6 fb0 =7 TeV, s

[GeV]rm1 10 210 310

90% CL, Spin IndependentXENON100 CDMSCoGeNT Dirac

)rr j(AqCDF, D5, q

Dirac)rr(a Aq), D5, q-1CMS (5 fb

Dirac)rr(a AqATLAS, D5, q

Dirac)rr(a AqATLAS, D1, q

mono-W/Z Phys.Rev.Lett. 112, 041802 (2014)

mono-𝛾 Phys.Rev.Lett. 110, 011802 (2013) mono-jet (4.8/fb) JHEP 04 (2013) 075

現在のリミット(LUX)

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14

Two Objects

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Dilepton channel •  オーソドックスで簡素な解析 •  high-pT, 十分にisolateしたレプトンを要求 •  invariant massを組む、high mass tailではelectron channelが分解能良し

•  主なBGはZ/𝛾*ドレルヤン,NNLO MCで評価 •  80-110GeV領域でdataと規格化 •  2TeVにおける、主な系統誤差はPDFの不定性

Even

ts

-210

-110

1

10

210

310

410

510

610

710Data 2012

*aZ/tt

Dijet & W+JetsDibosonZ’(1500 GeV)Z’(2500 GeV)

PreliminaryATLAS ee SearchAZ’

-1 L dt = 20 fb0 = 8 TeVs

[GeV]eem100 200 300 400 1000 2000 3000

Obs

erve

d / E

xpec

ted

0.60.8

11.21.4

Even

ts

-210

-110

1

10

210

310

410

510

610

710Data 2012

*aZ/

ttDibosonZ’(1500 GeV)Z’(2500 GeV)

PreliminaryATLAS Searchµµ AZ’

-1 L dt = 20 fb0 = 8 TeVs

[GeV]µµm100 200 300 400 1000 2000 3000

Obs

erve

d / E

xpec

ted

0.60.8

11.21.4

ATLAS-CONF-2013-017

Z’ à ee 探索 Z’ à 𝜇𝜇 探索

15 Max=1541GeV Max=1844GeV

20 /fb

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Dilepton channel •  Spin-1 boson

•  GUT based Z’ : E6 model lightest Z’𝜒,Z’𝜓 •  Sequential SM (SSM) Z’ : SMと同じ結合を仮定

•  Spin-2 boson •  RS graviton

•  Lepton universalityを破るようなBSMモデル → Di-tau 探索

16 [TeV]Z’M0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

B [p

b]m

-510

-410

-310

-210

-110

1Expected limit

m 1±Expected m 2±Expected

Observed limitSSMZ’rZ’sZ’

PreliminaryATLAS

eeAZ’ = 8 TeVs

-1 L dt = 20 fb0

[TeV]Z’M0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

B [p

b]m

-510

-410

-310

-210

-110

1Expected limit

m 1±Expected m 2±Expected

Observed limitSSMZ’rZ’sZ’

PreliminaryATLAS

µµ AZ’ = 8 TeVs

-1 L dt = 20 fb0

ATLAS-CONF-2013-017

Even

ts

-310

-210

-110

1

10

210

310

410 ATLAS Preliminary-1L dt = 19.5 fb0

= 8 TeVs

Data 2012ooA*a/Z

Multijet+jetsZ/W

+single topttDiboson

ooA(1750)Z’

) [GeV]missTE, had-viso, had-viso(tot

Tm200 300 1000 2000ob

s. /

exp.

0.5

11.5

ATLAS-CONF-2013-066

back-to-backで反対方向にでる di-tau(hadronic decay)事象 だけを選ぶ BG予想とよく一致

Z’ à ee 探索 Z’ à 𝜇𝜇 探索

20 /fb

19.5 /fb

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Dilepton channel (CMSでは)

17

CMS EXO-12-061

) [GeV]-µ+µm(70 100 200 300 400 1000 2000

Eve

nts

/ GeV

-410

-310

-210

-1101

10

210

310

410

510

610

DATA-µ+µ→/Zγ

ττ, tW, WW, WZ, ZZ, ttjets (data)

-1CMS Preliminary, 8 TeV, 20.6 fb

m(ee) [GeV]70 100 200 300 400 1000 2000

Eve

nts

/ GeV

-410

-310

-210

-1101

10

210

310

410

510

610

DATA-e+e→/Zγ

ττ, tW, WW, WZ, ZZ, ttjets (data)

-1CMS Preliminary, 8 TeV, 19.6 fb

M(Z’SSM)   expected     observed  

ATLAS   >2.96  TeV   >2.96  TeV  

CMS   >2.85  TeV   >2.86  TeV  e & 𝜇 合わせると

参考 7TeV 5/fb では ATLAS arXiv:1209.2535 obs (exp) 2.22 (2.25) TeV

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Dijet channel

•  断面積大、最も高い質量領域へ感度 •  Inclusive dijet チャンネルでは、excited quarkベンチマークと

model independent bumpを探索 •  R=0.6 anti-kT jetsを捕まえて質量を組む •  BGは滑らかな関数を用いてフィット

18

JESやLuminosity変動にrobust

2000 3000 40001

10

210

310

410

510 DataBackground

[GeV]jjReconstructed m2000 3000 4000

Even

tsSi

gnifi

canc

e

-2

0

2

ATLAS Preliminary

-1 = 13.0 fbdt L 0 = 8 TeVs

Mass [GeV]2000 3000 4000 5000

[pb

m

-310

-210

-110

1

10

210

310q* MC12Observed 95% CL upper limitExpected 95% CL upper limit68% and 95% bands

ATLAS Preliminary-1 = 13.0 fbdt L

0 = 8 TeVs

ATLAS-CONF-2012-148

highest pT = 2.34 TeV highest M = 4.69 TeV

13 /fb

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(p

b/G

eV

)jj

/dm

!d

-810

-710

-610

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

Data

Fit

QCD MC

JES Uncertainty

CMS Preliminary-1 = 8 TeV , L= 19.6 fbs

| < 1.3jj"#| < 2.5 , |"|

> 890 GeV , Wide Jetsjjm

A / C (3.6 TeV)

W’ (1.9 TeV)

Dijet Mass (GeV)

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

Data

!(D

ata

-Fit)/

-4-3-2-101234

Dijet channel (CMSでは)

•  データポイントは5TeVを越えている •  幾つか気になるbumpが存在 

19

qq Resonance Mass (GeV)1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

(pb)

A !

B !

Cro

ss S

ect

ion

-610

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

210

310

CMS Preliminary

-1 = 8 TeV, L = 19.6 fbs

| < 1.3jj

"#| < 2.5, |"|

Observed 95% CL Upper Limit

Expected 95% CL Upper Limit

$ 1±Expected Limit

$ 2±Expected Limit

Axigluon/Coloron

Diquark6E

W’

Z’

CMS EXO-12-059

M(q*)  95%  CL   luminosity   expected     observed  

ATLAS  8TeV   13.0  /5   >  3.70  TeV   >  3.84  TeV  

CMS  8TeV   19.6  /5   >  3.75  TeV   >  3.50  TeV  

19.6 /fb

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(GeV) jetγMass M1000 1500 2000 2500 3000

Even

ts

1

10

210

310

410 Data

Background from Fit

Background from MC

CMS Preliminary = 8 TeVs

-1 Ldt=19.7 fb∫γ q→q*

q* (1.0 TeV, f = 1.0)

q* (1.5 TeV, f = 1.0)

q* (2.5 TeV, f = 0.5)

[GeV] jetγM600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000

Dat

(Dat

a-Fi

t)/

-3-2-10123

0.5 1 1.5 2 2.5

Even

ts

1

10

210

310

410

510DataFit

ATLAS

-1 = 20.3 fbdt L 0

= 8 TeVs

DataFitDataFit

[TeV] jam0.5 1 1.5 2 2.5

Sign

ifica

nce

-2

0

2

Photon + X (=q,ℓ𝓁) channel

•  Compositenessモデルではレプトンやクォークの 励起状態を予想

•  シングル生成を想定→電磁輻射崩壊

•  Selections • ≥1 jet + ≥1 photon, pT > 125GeV •  𝛾, j の角度に対する制限

•  BG • Dijet同様の4パラメータfunctionをfitに用いる

• Dijet探索ではtrigger rescaleでinsensitiveな 低エネルギー領域0.5-1.0TeVを重点的に探索

20 CMS EXO-13-003

Phys.Lett.B 728 (2014) 562

mγj [TeV]

mγj [TeV]

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21

More Objects

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Boosted objects

•  LHCでは (√s ≫EW scale) Top, W, Z, HiggsなどLorentz boostされる separationはpTに反比例して狭まる(→全体が1つのJetに包含される)

•  重い複数の‘中身’を持つJetの特徴 •  大質量を持つ •  2,3体のhigh-pT sub componentがある

•  QCD radiation, パイルアップなどからのゴミを除いて(Glooming)、 中の構成要素だけを捕まえる(Tagging)

22

[GeV]Ttp

0 100 200 300 400500 600 700 800 900

R(W

,b)

Δ

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.2

020406080100120140160180200

Wb→, t t t→Pythia Z'ATLAS Simulation

[GeV]TWp

0 100 200 300 400 500 600 700 800

)q R

(q,

Δ

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

020406080100120140160180200

Wb→, t t t→Pythia Z' ATLAS Simulation

q q

b

QCD, pile-up, underlying, etc arXiv: 1306.4945 ΔR ≈ 2m / pT

W

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Boosted objects cont’d •  Mass Drop Filtering algorithm (2 steps)

•  mass-drop & symmetry 過程: 2構成要素を生成  構成要素の質量<<全体質量, バランスも保持

•  filtering過程:改めてsubjetを作る 3 hardest jets 以外は捨てる

•  Trimming, Pruning, HEPTopTaggerなど他のalgorithm も開発・用途に合わせて使用

•  現在は、 •  Boosted-W,Z用にtuningしたtagger •  Boosted Hàbb用にtrack-jetを使ってbbをseparate が開発・実用化されつつある

23

Jet mass [GeV]0 50 100 150 200 250 300

Arbi

trary

uni

ts

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

q q→Ungroomed ZUngroomed Dijets

q q→Filtered ZFiltered Dijets

SimulationATLAS < 800 GeVjet

T p≤C/A LCW jets, 600

Jet mass [GeV]0 50 100 150 200 250 300

Arbi

trary

uni

ts

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

t t→Ungroomed Z'Ungroomed Dijets

t t→Trimmed Z'Trimmed Dijets

SimulationATLAS < 800 GeVjet

T p≤C/A LCW jets, 600

performanceの一例

two-prong decay

three-prong decay

arXiv: 1306.4945

pile-up依存性もきれいに抑制

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Entri

es /

10 G

eV

0

50

100310×

DataW/Z + jetsMultijet

+single-ttt(240) X10T/ W A(400)

Tl

(160) X10T/ W A(290) T

l

-1L dt = 20.3 fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary 2 jets* + i)µ l(e, AW

[GeV]jjm0 100 200 300 400

Dat

a/Bk

g

0.9

1.0

1.1

0 100 200 300 400

Entri

es /

10 G

eV

0

5000

10000

Data

W/Z + jets

+single-ttt(240) X10T/ Z A(400)

Tl

(160) X10T/ Z A(290) T

l

-1L dt = 20.3 fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary 2 jets* + i)µ l(e, AZ

[GeV]jjm0 100 200 300 400

Dat

a/Bk

g

0.9

1.0

1.1

[GeV]T/

M150 200 250 300

BR

[pb

m

0

2

4

6

-1L dt = 20.3 fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary

+55 GeVT/

=3/2*mTl

assuming m±0,T/ W A ,0±

TlLSTC

Observed 95% Upper Limit

Expected 95% Upper Limit+1 Sigma Uncertainty+2 Sigma Uncertainty

[GeV]T/

M150 200 250 300

BR

[pb

m

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-1L dt = 20.3 fb0 = 8 TeVs

ATLAS Preliminary

+55 GeVT/

=3/2*mTl

assuming m±T/ Z A ±

TlLSTC

Observed 95% Upper Limit

Expected 95% Upper Limit

+1 Sigma Uncertainty

+2 Sigma Uncertainty

Dijet + W/Z (VJJ signature)

•  Models • ED, LittleH, TCなどが候補

•  Selections • W/Zはleptonic崩壊 •  pT(ℓ𝓁ℓ𝓁/ℓ𝓁𝜈)>50GeV, 2Jets pT>30GeV •  115< mJJ< 300 GeV

• BG • 主に W/Z + jets

tuned at CR, pT(ℓ𝓁ℓ𝓁/ℓ𝓁𝜈)の形が dataに合うように矯正

• WJJ channel : ttbar MCから

• Results • 目立つ超過はなし • ZJJ のテイル部は単なる統計か •  LSTC(ベンチマーク)への制限:省略

24

ATLAS-CONF-2013-074

WJJ ZJJ

WJJ ZJJ

mjj [GeV]

mjj [GeV]

mjj [GeV]

mjj [GeV]

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Di-Boson 共鳴 (WZ)

•  共鳴を作るモデル群 •  ED (Bulk RS): G*àWW,ZZ,HH •  EGM : W’àWZ, Z’àZH •  Composite Higgs, Walking TC, etc

•  VV à ( qq / lv / ll ) ⊗ ( qq / lv / ll ) = many

•  WZ à 3l + v mode •  Selections • 3 lepton pT>25 GeV, 4th leptonは不可 • one pair satisfies “Zàll condition” • MET>25 GeV

•  BG • SM WZが主:MCで評価、tail部の不定性が大きい

(CRは実は余り合っていない)

25

[GeV]WZM0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Even

ts /

40 G

eV

-410

-310

-210

-110

1

10

210

aZ + ZZll + jetsWZ2012 DataTotal Error

PreliminaryATLAS

-1 Ldt = 13.0 fb0 = 8 TeV s

W’ Mass [GeV]200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

BR

(WZ)

(pb)

× m

-110

1

Expected 95% CL Limit

m 1 ±

m 2 ±

W’ EGM Cross SectionObserved Limit

PreliminaryATLAS

-1 Ldt = 13.0 fb0 = 8 TeV s

ATLAS-CONF-2013-015

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Di-Boson 共鳴 (ZZ) •  ll +qq mode

• lepton pair = Zからの 崩壊であることを満たす

• まだBoosted Z tagは 使っていない

• pT(ll)=200GeVを境に、2jet resolve (以下)か 1jet merge (以上)のSRを設定、それぞれ mjj or mjがZ mass付近にいることを要求

210×3 210×4 310 310×2

Even

ts

1

210

410

610 DataBackground

Resolved Selection

m(lljj) [GeV]210×3 310 310×2Si

gnifi

canc

e

-202

ATLAS Preliminary

-1dt = 7.2 fb L 0 = 8 TeVs

[GeV]G*m400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

ZZ

) [pb

]A

BR

( G*

× G

*)

A(p

p m

-210

-110

1

= 1.0Planck/mgRS Graviton, Observed 95% Upper LimitExpected 95% Upper Limit

m1 ±

m2 ±

ATLAS Preliminary-1Ldt = 7.2 fb0 = 8 TeV ,s

ATLAS-CONF-2012-150

26

resolved 210×6 310 310×2

Even

ts

1

10

210

310

410DataBackground

Merged Selection

m(llj) [GeV]210×6 310 310×2Si

gnifi

canc

e-101

ATLAS Preliminary

-1dt = 7.2 fb L 0 = 8 TeVs

merged

m(lljj) m(llj)

主なBGは Z+jets, SM Diboson Smooth Functionで fitして評価

combined

今後Boosted  W/Z  tagging  が確立されると、一気に  感度が上がる領域  

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27

特別なケース

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[TeV]recottm

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Frac

tion

of e

vent

s / 1

00 G

eV

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3ATLAS Preliminary

=8TeVsSimulation, Boosted

Z’ (1.0 TeV)Z’ (1.5 TeV)Z’ (2.0 TeV)Z’ (3.0 TeV)

ttbar Resonance Searches

•  多くのモデルで重く、topとの結合が強い粒子を予言 •  ATLASのベンチマーク

•  leptophobic top color model : Z’ 幅が細い1.2% •  RS KK-gluon : 幅 15.3%

•  ttbar à leptonic崩壊+hadronic崩壊 •  不変質量再構成分布にbumpを探す •  再構成に2方式

•  Boosted (pT>300GeV) / Resolved (それ以外)

28

Resolved

Boosted

ATLAS-CONF-2013-052

[TeV]recottm

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Frac

tion

of e

vent

s / 5

0 G

eV

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25 ATLAS Preliminary=8TeVsSimulation,

ResolvedZ’ (0.5 TeV)Z’ (1.0 TeV)Z’ (1.5 TeV)Z’ (2.0 TeV)

1つのlarge jet (R=1.0)と してtopを構成する

b-tag要求

2-3のsmall jet (R=0.4) としてtopを構成する

1つ以上b-tag

Resolved Boosted ここでは Trimmingという 手法が使われる

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ttbar Resonance Searches

•  BG •  SM ttbar, W+jetsが主 •  系統誤差の主な寄与はJESから

•  若干over estimate気味だが、不定性の範囲 •  0.5-1.8 TeV Z’-like resonance 排除 •  ‘Boosted’の進展 → m=2〜3TeVは十分にいける

29

ATLAS-CONF-2013-052

Z’ mass [TeV]0.5 1 1.5 2 2.5 3

) [pb

]t t

A B

R(Z

’×

Z’m

-210

-110

1

10

210

310Obs. 95% CL upper limitExp. 95% CL upper limit

uncertaintymExp. 1 uncertaintymExp. 2

Leptophobic Z’ (LO x 1.3)

Obs. 95% CL upper limitExp. 95% CL upper limit

uncertaintymExp. 1 uncertaintymExp. 2

Leptophobic Z’ (LO x 1.3)

ATLAS Preliminary

-1 = 14.3 fbdt L 0

= 8 TeVs

Even

ts /

TeV

110

210

310

410

510

610

710

810 Data Z’ (1.5 TeV)×5

tt (2.0 TeV)KK

g×5 Multi-jets W+jetsOther Backgrounds

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

ATLAS Preliminary

= 8 TeVs

-1 L dt = 14.2 fb0

[TeV]recottm

Dat

a/Bk

g

0.51

1.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

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Vector-like quarks (VLQ)

•  Top quarkのパートナー(T)がヒッグス発散を抑制

•  VLQ(T,B)の対生成(QCD), シングル生成(mixing with quarks)を探索

•  FCNC崩壊(TàtZ)は抑制されない •  BR (TàWb, TàZt, TàHt) はモデル依存性大

3つのチャンネルを独立にみる

30

SUSYの代わりに、Higgs質量の発散を抑え てくれる、”yet もう一つ”の案

[GeV]Tm300 400 500 600 700 800 900 1000

Bran

chin

g R

atio

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Wb→T Zt→T Ht→T

Wb→T Zt→T Ht→T

SU(2) Singlet (X,T) Doublet

(T,B) or

[GeV]Bm300 400 500 600 700 800 900 1000

Bran

chin

g R

atio

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Wt→B Zb→B Hb→B

Wt→B Zb→B Hb→B

Wt→B

SU(2) Singlet (B,Y) Doublet (T,B) Doublet

Tからの崩壊比 Bからの崩壊比

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300 400 500 600 700 800 900

-210

-110

1

10

210

[GeV]Tm

) [pb

]T

TA

(pp

m

ATLAS Preliminary

SU(2) singlet

Wb+XA TT

-1Ldt = 14.3 fb0 = 8 TeVs

)m1±Theory (approx. NNLO prediction

95% CL expected limit

m1±95% CL expected limit

m2±95% CL expected limit

95% CL observed limit

VLQ (TWb)

31

ATLAS-CONF-2013-060

•  崩壊モードのうち、Top decayと質量以外同じ •  手法は4th quark探索と同様 •  ここではT対生成を想定

•  Selection • 1 lepton (e/m) + ≥ 4 jets + ≥ 1 b-tag • b-jetとjetsの角度要求(ttbar抑制) • HT(jets+leptons+MET)>800GeV (loose)

•  BG • 主に ttbar : 系統誤差の主な原因

• 大きな逸脱は見えていない

Even

ts /

150

GeV

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 = 8 TeV)sData (

(600) ChiralTT (600) SingletTT

tttNon-t

Total BG uncert.

tight

-1 L dt = 14.3 fb0Preliminary ATLAS

[GeV]recom0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Dat

a / B

G

1230

Even

ts /

150

GeV

0

20

40

60

80

100

120

140 = 8 TeV)sData (

(600) ChiralTT (600) SingletTT

tttNon-t

Total BG uncert.

loose

-1 L dt = 14.3 fb0Preliminary ATLAS

[GeV]recom0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Dat

a / B

G

0.51

1.50

赤領域の下辺が total BG予想

更にbjets pt1>160GeV, pt2>80GeV要求

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Even

ts /

100

GeV

0

20

40

60

80

100 4 b-tags*6 jets, * µe+ = 8 TeV)sData (

(600)t’t’+light jetstt+HF jetsttHttVttW+jets

Z+jetsDibosonSingle topMultijetTot bkg unc.

-1 L dt = 14.3 fb0Preliminary ATLAS

[GeV]TH0 200 400 600 800 1000120014001600 18002000

Dat

a / M

C

0.51

1.50

VLQ (TàHtàbbt, TàZt)

32

ATLAS-CONF-2013-018

•  それぞれ、T→Wbと相補的な関係 •  Selection

(TàHtàbbt) (TàZt) •  1 lepton (e/m) + ≥ 6 jets 2 lepton (e/m) + 2 b-jets •  3 SR : 2,3, ≥ 4 b-tagged jets pT(Z)>150GeV, HT(jets)>600GeV

≥4 b-tag

m(Zb) [GeV]0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Entri

es /

150

GeV

10

20

30

40

50

60 ATLASPreliminary = 8 TeVs

-1Ldt = 14.3 fb∫µµee +

data 2012Z+lightZ+bottom

ttOther bkg

(600 GeV)BB (600 GeV)TT

Uncertainty

1 b-tag

m(Zb) [GeV]

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Dat

a/bk

g

0.5

1

1.5

ATLAS-CONF-2013-056

boosted Hàbbを捉えられるか今後の課題

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VLQのまとめ

33

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 700 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 750 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 800 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 850 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 500 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 550 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 600 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 650 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 350 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 400 GeVTm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Forbidden

= 450 GeVTmATLAS Preliminary

Status: Lepton-Photon 2013

95% CL exp. excl. 95% CL obs. excl.

= 8 TeV, s -1 L dt = 14.3 fb0

SU(2) singletSU(2) (T,B) doub.

]ATLAS-CONF-2013-018Ht+X [

]ATLAS-CONF-2013-051Same-Sign [

]ATLAS-CONF-2013-056Zb/t+X [

]ATLAS-CONF-2013-060Wb+X [

Wb)ABR(T

Ht)

ABR

(T

mQを固定、対生成に対してBrを変えて、同じ解析手法を行う

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Long-Lived Particles (Non-SUSY)

•  長生き後 2-jets decayするような中性粒子 •  ベンチマークはHidden Valley Model

•  pp→H0→2X0, X0→q-qbar X0(hidden sector粒子)が長生き

•  ATLASは7TeVでq-qbarの代わりに𝜇-pair •  CMSが8TeV full statでUpdateした

34

CMS EXO-12-038

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Long-Lived Particles (Non-SUSY)

35

Secondary Vertex

candidate event

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Mass scale [TeV]-110 1 10 210

Oth

erEx

cit.

ferm

.Ne

w qu

arks

LQV’

CIEx

tra d

imen

sions

Magnetic monopoles (DY prod.) : highly ionizing tracksMulti-charged particles (DY prod.) : highly ionizing tracks

jjmColor octet scalar : dijet resonance, llm), µµll)=1) : SS ee (A

L±± (DY prod., BR(HL

±±H Zlm (type III seesaw) : Z-l resonance, ±Heavy lepton NMajor. neutr. (LRSM, no mixing) : 2-lep + jets

WZmll), iTechni-hadrons (LSTC) : WZ resonance (l

µµee/mTechni-hadrons (LSTC) : dilepton, al

m resonance, aExcited leptons : l- WtmExcited b quark : W-t resonance, jjmExcited quarks : dijet resonance, jeta

m-jet resonance, aExcited quarks : qilmVector-like quark : CC,

Ht+XAVector-like quark : TT,missT

E SS dilepton + jets + A4th generation : b’b’ WbWbA generation : t’t’th4

jjiojj, oo=1) : kin. vars. in `Scalar LQ pair (jjiµjj, µµ=1) : kin. vars. in `Scalar LQ pair (jji=1) : kin. vars. in eejj, e`Scalar LQ pair (tb

m tb, LRSM) : A (RW’tqm=1) :

R tq, gAW’ (

µT,e/mW’ (SSM) : ttm l+jets, A tZ’ (leptophobic topcolor) : t

oomZ’ (SSM) : µµee/mZ’ (SSM) :

,missTEuutt CI : SS dilepton + jets + llm, µµqqll CI : ee &

)jj

m(rqqqq contact interaction : )jjm(

rQuantum black hole : dijet, F T

pY=3) : leptons + jets, DM /THMADD BH (ch. part.N=3) : SS dimuon, DM /THMADD BH ( tt

m l+jets, A t (BR=0.925) : tt tAKK

RS glljjmBulk RS : ZZ resonance, ili,lTmRS1 : WW resonance, llmRS1 : dilepton, llm ED : dilepton, 2/Z1S

,missTEUED : diphoton + / llaamLarge ED (ADD) : diphoton & dilepton,

,missTELarge ED (ADD) : monophoton + ,missTELarge ED (ADD) : monojet +

mass862 GeV , 7 TeV [1207.6411]-1=2.0 fbLmass (|q| = 4e)490 GeV , 7 TeV [1301.5272]-1=4.4 fbL

Scalar resonance mass1.86 TeV , 7 TeV [1210.1718]-1=4.8 fbL

)µµ mass (limit at 398 GeV for L±±H409 GeV , 7 TeV [1210.5070]-1=4.7 fbL

| = 0)o

| = 0.063, |Vµ

| = 0.055, |Ve

mass (|V±N245 GeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-019]-1=5.8 fbL) = 2 TeV)

R(WmN mass (1.5 TeV , 7 TeV [1203.5420]-1=2.1 fbL

))T

l(m) = 1.1 T

(am, Wm) + T/(m) = T

l(m mass (T

l920 GeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-015]-1=13.0 fbL

)W

) = MT/(m) - Tt/T

l(m mass (Tt/T

l850 GeV , 7 TeV [1209.2535]-1=5.0 fbL

= m(l*))Rl* mass (2.2 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2012-146]-1=13.0 fbLb* mass (left-handed coupling)870 GeV , 7 TeV [1301.1583]-1=4.7 fbL

q* mass3.84 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2012-148]-1=13.0 fbL

q* mass2.46 TeV , 7 TeV [1112.3580]-1=2.1 fbL)Q/mi = qQgVLQ mass (charge -1/3, coupling 1.12 TeV , 7 TeV [ATLAS-CONF-2012-137]-1=4.6 fbL

T mass (isospin doublet)790 GeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-018]-1=14.3 fbL

b’ mass720 GeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-051]-1=14.3 fbL

t’ mass656 GeV , 7 TeV [1210.5468]-1=4.7 fbL gen. LQ massrd3534 GeV , 7 TeV [1303.0526]-1=4.7 fbL

gen. LQ massnd2685 GeV , 7 TeV [1203.3172]-1=1.0 fbL

gen. LQ massst1660 GeV , 7 TeV [1112.4828]-1=1.0 fbL

W’ mass1.84 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-050]-1=14.3 fbLW’ mass430 GeV , 7 TeV [1209.6593]-1=4.7 fbL

W’ mass2.55 TeV , 7 TeV [1209.4446]-1=4.7 fbL

Z’ mass1.8 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-052]-1=14.3 fbL

Z’ mass1.4 TeV , 7 TeV [1210.6604]-1=4.7 fbLZ’ mass2.86 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-017]-1=20 fbL

(C=1)R3.3 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-051]-1=14.3 fbL

(constructive int.)R13.9 TeV , 7 TeV [1211.1150]-1=5.0 fbL

R7.6 TeV , 7 TeV [1210.1718]-1=4.8 fbL=6)b (DM4.11 TeV , 7 TeV [1210.1718]-1=4.7 fbL

=6)b (DM1.5 TeV , 7 TeV [1204.4646]-1=1.0 fbL

=6)b (DM1.25 TeV , 7 TeV [1111.0080]-1=1.3 fbL

massKK

g2.07 TeV , 7 TeV [1305.2756]-1=4.7 fbL = 1.0)PlM/kGraviton mass (850 GeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2012-150]-1=7.2 fbL

= 0.1)PlM/kGraviton mass (1.23 TeV , 7 TeV [1208.2880]-1=4.7 fbL

= 0.1)PlM/kGraviton mass (2.47 TeV , 8 TeV [ATLAS-CONF-2013-017]-1=20 fbL

-1 ~ RKKM4.71 TeV , 7 TeV [1209.2535]-1=5.0 fbL

-1Compact. scale R1.40 TeV , 7 TeV [1209.0753]-1=4.8 fbL

=3, NLO)b (HLZ SM4.18 TeV , 7 TeV [1211.1150]-1=4.7 fbL

=2)b (DM1.93 TeV , 7 TeV [1209.4625]-1=4.6 fbL

=2)b (DM4.37 TeV , 7 TeV [1210.4491]-1=4.7 fbL

Only a selection of the available mass limits on new states or phenomena shown*

-1 = ( 1 - 20) fbLdt0 = 7, 8 TeVs

ATLASPreliminary

ATLAS Exotics Searches* - 95% CL Lower Limits (Status: May 2013)まとめ • 8TeVの解析ではオーソドックスなチャンネルをしっかりと

抑えながら、同時に新しい領域を次々と開拓している • これまでのところ明らかな超過等はなく、制限付けが

粛々と行われてきている • 各チャンネルの個性を見ていくと、全てSM通りということもない

• 統計が足りない、BGの理解が不十分で不定性が大 •  1.5~2.0σ の統計的逸脱はいる • 今日お見せしたのは、極一握りの結果に過ぎない

• 是非、興味あるチャンネルをコントロールplotからじっくり確認して欲しい 

36

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37

BACKUP SLIDES

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black hole searches •  ATLAS

•  [arXiv:1311.2006] Search for Quantum black holes in high-invariant mass lepton+ jet final states

•  [PRD88, 072001(2013)] Search for microscopic black holes in a like-sign dimuon final state using large track multiplicity

•  CMS •  [JHEP97(2013)178]

Search for microscopic black holes with energetic multi-particle final states

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新粒子発見の前兆とは

• 最近の新粒子、成長の記録が取れている好例 : Hà 𝛾𝛾

40

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[GeV]Hm110 115 120 125 130 135 140 145 150

0Lo

cal p

-1010

-910-810-710

-610-510-410

-310-210-1101

10

07/11 EPS Prel.ObservedExpected

12/11 CERN Prel.ObservedExpected

Spring 2012 PRDObservedExpected

07/12 CERN Prel.ObservedExpected

PLB 07/12ObservedExpected

ATLAS

m1 m2

m3

m4

m5

m6

-1Ldt = 4.8 fb0 = 7 TeV (2011), s-1Ldt = 5.9 fb0 = 8 TeV (2012), s

2011年末の段階

•  discovery paper PLB 716(2012) 1 は10.7 fb-1 (𝛾𝛾-channelのみで4.?𝜎) •  2011年末の段階(4.8fb-1)では、既に兆候ははっきりとしていた、が。

41

Even

ts /

GeV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Data 2011Background model

= 126.5 GeV (MC)H

SM Higgs boson m

Selected diphoton sample

-1 Ldt = 4.8 fb0 = 7 TeV, sATLAS Preliminary

[GeV]aam100 110 120 130 140 150 160

Dat

a - B

kg

-500

50

[GeV]Hm110 115 120 125 130 135 140 145 150

0Lo

cal p

-710

-610

-510

-410

-310

-210

-110

1

10

m1

m2

m3

m4

m5

PreliminaryATLAS

-1 Ldt = 4.8 fb0= 7 TeV, sData 2011, -1 Ldt = 5.9 fb0= 8 TeV, sData 2012,

aaASM H

2011+20120

Observed p 2011+2012

0Expected p

20110

Observed p 2011

0Epected p

20120

Observed p 2012

0Expected p

2011+2012 (with ESS)0

Observed p

2011 (with ESS)0

Observed p

2012 (with ESS)0

Observed p

質量分布はかなり心眼が必要

統計処理すると 明らか(2011は青)

ATLAS-CONF-2012-091

N.B. これは全チャンネル ~2𝜎=2011/7は1fb-1 教訓:

一. ぱっと見、ないからと言って諦めてはいけない 一. 統計処理するには十分なBG理解が必要

Phys. Lett. B 716(2012)1