Kurzfassung
In dieser Arbeit wird eine Suche nach Higgs-Bosonen mit hoher Masse vorgestellt, die in Assoziation mit mindestens einem b-Quark produziert werden und in ein b-Quark-Paar zerfallen, wobei die dazu genutzten Daten vom CMS Detektor im Run 2 am LHC aufgezeichnet wurden. Der dazugehörige Datensatz wurde während der Proton-Proton-Kollisionen im Jahre 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 35.7 inversen femtobarn.
Ein erweiterter Higgs-Sektor, der Higgs-Eigenzustände mit hoher Masse enthält, wird von vielen Theorien jenseits des Standardmodels der Teilchenphysik vorhergesagt, wie zum Beispiel dem allgemeinen Zwei-Higgs-Dublett-Modell (2HDM) und seiner Realisierung in der Minimalen Supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells (MSSM).
In vielen Szenarien innerhalb dieser Modelle sind die Kopplungen von Higgs-Bosonen an b-Quarks im Vergleich zum Standardmodell der Teilchenphysik signifikant erhöht, wes/-halb der in dieser Arbeit untersuchte Endzustand von besonderem Interesse ist. Vom experimentellen Standpunkt aus betrachtet, führt dieser Endzustand zu mindestens drei hochenergetischen b-Jets in einem Ereignis, wobei die zwei Jets mit dem höchsten Transversalimpuls als aus dem Zerfall des Higgs-Bosons stammend angenommen werden und ein zusätzlicher b-Jet aus dem Mechanismus der assoziierten Produktion kommt.
Die invariante Masse der beiden führenden Jets wird in dieser Analyse als Hauptobservable genutzt, um das Signal zu extrahieren.
Die Ergebnisse stimmen mit der Vorhersage des Standardmodells gut überein.
Daher werden strenge obere Grenzen auf das Produkt des Wirkungsquerschnitts und des Verzweigunsverhältnisses für Higgs-Boson-Massen von 300 GeV bis 1.3 TeV gesetzt. Die Ausschlussgrenzen für den Parameterphasenraum des 2HDM und des MSSM werden für verschiedene Benchmark-Szenarien innerhalb dieser Modelle abgeleitet.
A search for high mass Higgs bosons produced in association with at least one b-quark and decaying into a pair of b-quarks using the LHC Run 2 data collected by the CMS detector is presented. The corresponding data sample was accumulated during the proton-proton collisions in 2016 at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 35.7 inverse femtobarn. An extended Higgs sector containing high mass Higgs states is predicted by many theories beyond the Standard Model, such as a general two Higgs doublet model (2HDM) and its realization in the Minimal Supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM). In many scenarios within these models Higgs couplings to b-quarks are significantly enhanced and therefore the final state exploited in this work is of particular interest. From the experimental point of view this final state leads to at least three highly energetic b-jets in the event, of which the two with the highest transverse momentum, are assumed to originate from the Higgs boson decay and another one comes from the associated production mechanism. The invariant mass of the two leading jets is used as a main observable in this analysis to extract the signal. A good agreement of the observed data with the Standard Model predictions is found. Therefore stringent upper limits on the production cross section times branching fraction are set for masses of Higgs bosons from 300 GeV up to 1.3 TeV. The exclusion limits for the 2HDM and MSSM parameter space are derived for different benchmark scenarios within these models.