Kurzfassung
Eines der Hauptziele des CMS-Experiments ist es, die Mechanismen der Higgs-Boson-Produktion präzise zu messen und seine Kopplungsstruktur zu bestimmen. Die Yukawa-Wechselwirkung ist der Mechanismus, durch den das Higgs-Boson im Standardmodell an Fermionen koppelt. Aufgrund des kleinen Wirkungsquerschnitts und der sehr großen Untergrundprozesse wurde die Yukawa-Kopplung an b-Quarks ($y_{b}$) nur im Zerfallsprozess und nicht im Produktionsmechanismus gemessen. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Analyse der Higgs-Boson-Produktion in Verbindung mit b-Quarks in Endzuständen mit Leptonen. Die Suche nach Zerfällen des Higgs-Bosons in Tau-Leptonen und W-Bosonen wurde mit Daten durchgeführt, die vom CMS-Experiment in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV während des LHC-Laufs 2 gesammelt wurden. Die in dieser Suche abgedeckten Endzustände sind solche, in denen das Higgs-Boson über den bbH-Kanal produziert wird und in zwei Tau-Leptonen zerfällt, die anschließend entweder vollständig hadronisch ($/tau_{h}/tau_{h}$), semi-leptonisch ($/tau_{e}/tau_{h}$, $/tau_{/mu}/tau_{h}$) oder vollständig leptonisch ($/tau_{e}/tau_{/mu}$) zerfallen. Der letztere Kanal wird auch vom Zerfall des Higgs-Bosons in zwei W-Bosonen untersucht. Der vollständig leptonische Kanal ist der Hauptfokus dieser Arbeit und wird daher ausführlich beschrieben. Andere Kanäle werden kurz vorgestellt, um die Kombination der Ergebnisse zu diskutieren. Diese Analyse verwendet Techniken des maschinellen Lernens, um die Empfindlichkeit für den Signalprozess zu verbessern, was eine fast doppelte Verbesserung im Vergleich zum traditionellen Schnittbasierten Ansatz bringt.
Abschließend werden Einschränkungen für den Higgs-Boson-Produktionsquerschnitt als obere Grenze für die Signalstärke des Prozesses abgeleitet. Die beobachteten (erwarteten) oberen Grenzen für den Modifikator der Signalstärke für den vollständig leptonischen Kanal für die Run2-Daten betragen das 18,7 (19,1)-fache der Vorhersage des Standardmodells mit einer Vertrauenswahrscheinlichkeit von 95$/%$. Für die Kombination aller Kanäle, vollständig hadronisch ($/tau_{h}/tau_{h}$), semi-leptonisch ($/tau_{e}/tau_{h}$, $/tau_{/mu}/tau_{h}$), vollständig leptonisch ($/tau_{e}/tau_{/mu}$), wird die obere Grenze mit einer Vertrauenswahrscheinlichkeit von 95$/%$ beobachtet (erwartet), das 3,7 (6,1)-fache der Vorhersage des Standardmodells zu sein. Darüber hinaus werden Einschränkungen für die Higgs-Yukawa-Kopplung an das b-Quark im Kappa-Modell-Interpretation bestimmt, und die Ergebnisse sind konsistent mit dem Standardmodell.
One of the primary objectives of the CMS experiment is to measure the mechanisms of the Higgs boson production precisely and to determine its coupling structure. The Yukawa interaction is the mechanism via which the Higgs boson couples to fermions in the Standard Model. Due to the small cross-section and the very large background processes, the Yukawa coupling to b-quarks ($y_{b}$) has only been measured in the decay process and not in the production mechanism. The present work is devoted to analysing the Higgs boson production in association with b-quarks in final states with leptons. The search for Higgs boson decays to tau leptons and W bosons was performed using data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV during LHC Run 2. The final states covered in this search are those in which the Higgs boson is produced via the bbH channel and decays into two tau leptons, which subsequently decay either fully hadronically ($/tau_{h}/tau_{h}$), semi-leptonically ($/tau_{e}/tau_{h} $, $/tau_{/mu}/tau_{h}$), or fully leptonically ($/tau_{e}/tau_{ /mu}$). The latter channel is also studied from the decay of Higgs boson into two W bosons. The fully leptonic channel is the primary focus of this work, and as such, it will be described extensively. Other channels will be briefly presented to discuss the combination of the results. This analysis employs machine learning techniques to improve the sensitivity to the signal process, which brings almost factor 2 improvement with respect to the traditional cut-based approach. Final constraints are derived on the Higgs boson production cross section as an upper limit on the signal strength of the process. The observed (expected) upper limits on the signal strength modifier obtained for the fully leptonic channel for the Run 2 data is 18.7 (19.1) times the Standard Model prediction at 95$/%$ confidence level. For the combination of all the channels, fully hadronically ($/tau_{h}/tau_{h}$), semi-leptonically ($/tau_{e}/tau_{h} $, $/tau_{/mu}/tau_{h}$), fully leptonically ($/tau_{e}/tau_{ /mu}$), the upper limit at 95$/%$ confidence level is observed (expected) to be 3.7 (6.1) times the Standard Model prediction. Furthermore, constraints on the Higgs Yukawa coupling to the b-quark are determined in the kappa model interpretation, and the results are consistent with the Standard Model.