Search for Higgs bosons in the final state ZZ(*) --> llqq with the ATLAS detector at the LHC

Abstract

This dissertation presents the search for Higgs-like bosons, in the decay mode H->ZZ(*)->llqq, using data collected with the ATLAS detector, at the CERN Large Hadron Collider (LHC). Despite the fact that this channel is mostly sensitive in the Higgs boson mass range above 200 GeV, before the discovery of the Standard Model Higgs boson the search was extended over the mass interval 120-180 GeV. Reasonable sensitivity is observed above 140 GeV. The search uses 4.7 ifb of proton–proton collision data, at a centre-of-mass energy of 7 TeV.After the discovery of the Higgs boson, the search focused towards the detection of additional, heavy Higgs bosons, in the mass range 200-1000 GeV. Proton–proton collision data, at a centre-of-mass energy of 8 TeV, are used, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 ifb. Since no significant excess of events is observed over the Standard Model prediction, upper limits are set, at 95% confidence level (CL), on the production cross-section of a heavy Higgs boson times the branching ratio of its decay mode to a pair of Z bosons. Finally, exclusion limits are estimated by the combined statistical interpretation of the results of the H->ZZ: ZZ->llqq, ZZ->llll, ZZ->llvv and ZZ->vvqq search channels.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η αναζήτηση μποζονίων Higgs, με το κανάλι διάσπασης H->ZZ(*)->llqq, χρησιμοποιώντας δεδομένα που συνελέγησαν με τον ανιχνευτή ATLAS στο μεγάλο αδρονικό επιταχυντή (LHC). Παρά το γεγονός ότι το συγκεκριμένο κανάλι παρουσιάζει μεγαλύτερη ευαισθησία στην περιοχή μαζών πάνω από 200 GeV, πρίν την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs του Καθιερωμένου Προτύπου, η αναζήτηση επεκτάθηκε και στην περιοχή μαζών 120 - 180 GeV. Παρατηρείται σημαντική ευαισθησία πάνω από τα 140 GeV. Στην αναζήτηση χρησιμοποιούνται δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίων, με ενέργεια κέντρου μάζας 7 TeV, τα οποία αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 4.7 ifb. Μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, η αναζήτηση επικεντρώθηκε στην ανίχνευση επιπλέον, βαρέων μποζονίων Higgs, στην περιοχή μαζών 200 - 1000 GeV. Για την αναζήτηση χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίων, με ενέργεια κέντρου μάζας 8 TeV, τα οποία αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 20.3 ifb. Καθότι δεν παρατηρείται σημαντικό πλεόνασμα δεδομένων σε σχέση με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου, υπολογίζονται άνω όρια αποκλεισμού, σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%, στην ενεργό διατομή παραγωγής βαρέος μποζονίου Higgs επί το λόγο διακλάδωσης της διάσπασής του σε ένα ζεύγος Z μποζονίων. Τέλος, υπολογίζονται όρια αποκλεισμού με συνδυαστική στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων των καναλιών αναζήτησης H->ZZ: ZZ->llqq, ZZ->llll, ZZ->llvv και ZZ->vvqq.