Search for the SM Higgs boson associated with a W boson using matrix element technique at the CDF detector at the Tevatron

Resumen

RESUMEN (en español) El bosón de Higgs es una partícula fundamental predicha por el Modelo Estándar de la física de partículas que, hasta la fecha (Marzo 2010) aún no ha sido observada experimentalmente. Desempeña un papel fundamental en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales. En esta tesis se presenta el resultado de la búsqueda directa del bosón de Higgs del Modelo Estándar usando 4.8 fb-1 de datos recogidos por el detector CDF (Collider Detector at Fermilab). El canal que se estudia en este análisis es aquel en el que el bosón Higgs se produce asociado con un bosón W (canal WH), donde el W se desintegra leptónicamente dando lugar a un leptón cargado de alto momento y a un neutrino, y el Higgs se desintegra produciendo dos quarks b. La identificación de jets b es un aspecto fundamental en este análisis y se explicará en detalle a lo largo de la tesis. La señal de WH se ve mejorada notablemente con respecto a los fondos al identificar jets b, jets provenientes de quarks b. La búsqueda del bosón de Higgs no es tarea fácil. Uno de las mayores desventajas del canal WH es que la sección eficaz de producción es varios órdenes de magnitud menor que la de los fondos. No basta con una sola variable discriminatoria, sino que se necesita una herramienta más sofisticada que contenga toda la información del suceso. En este análisis se usa el método de elementos de matriz. La idea general es que se calcula la probabilidad de que un suceso dado sea un suceso de señal o de fondo. La probabilidad es función de los cuadro-momentos del leptón y de los jets del estado final, es decir es función de la información que se conoce del suceso. Todos los detalles del método de elementos de matriz, la selección de sucesos y la estimación de los fondos se encuentran descritos en esta tesis. RESUMEN (en inglés) The Higgs boson is a elementary particle predicted by the Standard Model in particle physics. The Higgs boson is the only Standard Model particle that has not been observed. Finding the Higgs boson will explain the electroweak breaking symmetry and the generation of the mass of all known elementary particles, that are the most fundamental problems in particle physics. The data at the LEP collider at CERN allowed an experimental lower bound for the Standard Model Higgs boson mass of 114.4 GeV/c2 at 95% confidence level. The search for the Higgs boson continues at the Tevatron collider, and higher sensitivities are expected at the LHC collider in the coming years. In this thesis, a direct search for the Standard Model Higgs boson production in association with a W boson is presented. The final state of this channel, WH, is given by the Higgs boson decaying to two b quarks and the W decaying leptonically. The dataset used in this thesis was collected between February 2002 and May 2009 by the CDF detector and corresponds with 4.8 fb-1 of integrated luminosity. Identifying jets as b jets is absolutely essential for this analysis to reduce the amount of background events and to improve the signal over background ratio. Physic processes in which a W boson is produced in association with several jets can be misidentified as WH, since they have the same signature. Background contributions from heavy flavor production processes, electroweak processes, top pairs, single top production, and mistagged jets are estimated using a combination of Monte Carlo calculations and independent measurements in control data samples. Given the fact that the amount of signal events after the event selection is much smaller than the uncertainty in the background prediction, and, to achieve maximal sensitivity, this search is performed using a Matrix Element Technique in which event probability densities for the signal and background hypothesis are calculated.