Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit werden die experimentellen Möglichkeiten untersucht die Higgsselbstkopplung des Standardmodells λ am International Linear Collider (ILC) zu beobachten. Um die Existenz der Higgsselbstkopplung direkt nachweisen zu können, muss die Produktion von Higgspaaren beobachtet werden. Durch die Messung des Wir- kungsquerschnitts solcher Prozesse können Rückschlüsse auf λ gezogen werden. Bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 500 GeV ist doppelte Higgsstrahlung der domi- nante Produktionsprozess. Die Messung stellt jedoch große Anforderugen an Detektortechnologien und Methoden zur Ereignisrekonstruktion aufgrund der sehr kleinen Pro- duktionswirkungsquerschnitte und Endzuständen mit vielen Jets.
Zu diesem Zweck wird eine detaillierte Detektorsimulation des International Large Detectors für ein Higgsboson mit einer Masse von 125 GeV durchgeführt. Die Studie basiert auf ILC Strahlparametern gemäß des Technical Design Reports. In der Studie werden verschiedene Ansatzpunkte für mögliche Verbesserungen untersucht. Diese beinhalten eine Strategie für die Identifizierung isolierter Leptonen und die Anwendung kinematischer Anpassungen in Endzuständen mit schweren Quarks. Die Untersuchungen dieser Arbeit erreichen relative Verbesserungen von bis zu 25% in der Ereignisselektion von ZHH (HH → bbbb) und von 10% in der Messung des Wirkungsquerschnitts. Unter der Annahme einer standardmodellartigen Kopplung kann die Existenz von doppelter Higgsstrahlung mit 3.5σ Genauigkeit bewiesen sowie σ(ZHH) zu 30% Genauigkeit bestimmt werden. Die Ergebnisse beruhen auf einer integrierten Luminosität von L = 2 ab^(−1) and einer Strahlpolarisation von P(e+e−) = (0.3,−0.8). Daraus ergibt sich eine Genauigkeit von 21% in der Messung von σ(ZHH) nach der vollen Laufzeit des ILC. Dies entspricht einer Entdeckung von doppelter Higgsstrahlung mit einer Signifikanz von 5.9 Standardabweichungen. In Kombination mit HH → bbWW kann σ(ZHH) zu 16% und λ zu 26% Genauigkeit bestimmt werden. Zusätzlich wird der Einfluss des Untergrundes aus Photoproduktion von niederenergetischen Hadronen auf die Analyse untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass anspruchsvolle Methoden zur Unterdrückung des Untergrundes benötigt werden, die ein detailliertes Modell der Ereignisse beinhalten und die hohe Detailgenauigkeit der Detektoren ausnutzen.
In this thesis, the experimental prospects of measuring the Standard Model (SM) Higgs self-coupling λ at the International Linear Collider (ILC) are investigated. The observation of double Higgs production is necessary to directly establish a non-zero Higgs self-coupling. Information on λ can be extracted from a measurement of the cross section for this process. At a centre-of-mass energy of √s = 500 GeV double Higgs-strahlung is the dominant Higgs-pair production process. This measurement is extremely challenging due to very small production cross sections and multi-jet final states which pose large challenges to detector technologies and event reconstruction techniques. A detailed full detector simulation of the International Large Detector is performed for a Higgs boson with a mass of 125 GeV. The analysis is based on ILC beam parameters according to the Technical Design Report and investigates several improvements compared to earlier studies. These include an isolated lepton selection strategy and the application of kinematic fits to final states with heavy-flavoured jets. Depending on the decay mode of the Z boson, relative improvements of up to 25% are obtained in the selection of ZHH (HH → bbbb) events. This results in a relative improvement of 10% in the measurement of σ(ZHH) when combining all channels. For the SM scenario, an evidence of 3.5σ for the observation of double Higgs-strahlung and a measurement precision of 30% on σ(ZHH) is reached with an integrated luminosity of L = 2 ab^(−1) and a beam polarisation of P(e+e−) = (0.3,−0.8). The result extrapolates to an achievable precision of 21% on σ(ZHH) after the full ILC running scenario, which corresponds to a 5.9σ discovery for the observation of double Higgs-stahlung. Combined with the channel HH → bbWW, σ(ZHH) can even be measured to a precision of 16%, which corresponds to a precision of 26% on λ. Additionally, the impact of γγ → low-pT hadrons background is investigated, which proves the need of advanced removal strategies, which include a detailed modelling of the background and exploit the full power of high-granularity detectors.