The Higgs mechanism is responsible for the spontaneous breaking of the electroweak symmetry leading to the generation of masses of fermions and weak bosons. This thesis is devoted to search for the neutral supersymmetric Higgs particles Φ=h, H and A decaying into b quarks produced in association with at least one more b quark at the Large Hadron Collider. Here the study of the final states characterized by three b-tagged jets is described in detail. The analysis was performed using data corresponding to 2.7 − 4.8 fb^−1 integrated luminosity of pp collisions with a centre-of-mass energy of 7 TeV collected in 2011 with the CMS detector. Two analysis scenarios were adopted to perform a search for neutral Higgs bosons of low and medium masses, 90 GeV ≤ MΦ < 180 GeV and 180 ≤ GeV MΦ ≤ 350 GeV, respectively. Two-dimensional templates, built up from double-b-tagged data and based on the invariant mass of the two leading b jets and a variable reflecting b-jet properties of three leading jets, are used to model the background. The signal is modeled by templates obtained from Monte Carlo simulation. Various systematic effects affecting the signal efficiency and changing shapes of the signal and background templates were investigated.
The fitting machinery, based on a binned least-squares fit of the signal and background templates and the systematics model dependent on the hypothesized mass of the pseudoscalar Higgs particle A, was developed to extract the signal and background yields from the data. No significant evidence for the production of the Higgs bosons is found.
Using the CLS method, we set cross section times branching fraction upper limits at 95% confidence level (CL) on the production of such neutral Higgs bosons Φ in the mass range from 90 GeV to 350 GeV. The observed exclusion limits are well within the expected ±2σ band.
The benchmark scenario of the Minimal Supersymmetric Standard Model, denoted as mmax , with the two choices of the Higgsino mass parameter, μ = +200 GeV and μ = −200 GeV is considered. The obtained 95% CL upper limits on σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) are interpreted as the upper limits on the MSSM parameter tan β . Ranges 27 ≤ tan β ≤ 51 and 22 ≤ tan β ≤ 37 for the masses of the Higgs boson from 90 to 350 GeV are ruled out at μ = +200 GeV and μ = −200 GeV, respectively. The 95% CL limits on tan β obtained in this channel supersede previous tan β limits established by CDF and D0 experiments.Die SU(2)⊗U(1) Symmetrie der elektroschwachen Wechselwirkung wird im Standardmodell durch den Higgs-Mechanismus spontan gebrochen. Eichbosonen und Fermionen erhalten durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ihre Masse. Zudem wird ein neues Teilchen vorhergesagt, das Higgs-Boson, als Anregung des Higgs-Feldes. Allerdings gibt es berechtigte Zweifel am fundamentalen Charakter des Standardmodells, zum Beispiel folgt aus kosmologischen Beobachtungen die Existenz dunkler Materie, die im Standardmodell nicht erklärt werden kann. Theoretiker haben daher Erweiterungen des Standardmodells vorgeschlagen, in denen mehrere Higgs-Bosonen vorhergesagt werden.
Das am CERN im Jahre 2012 entdeckte Higgs-Boson kann sowohl das Higgs-Boson des Standardmodells als auch eines der Higgs-Bosonen der umfassenden Theorien sein. Die Entdeckung eines weiteren Higgs-Bosons wäre ein klares Signal für die Notwendigkeit einer neuen Theorie.
Diese Arbeit beschreibt die Suche nach den neutralen Higgs-Bosonen Φ=h, H und A im Minimal Supersymmetrischen Standardmodell (MSSM). Von Interesse ist dabei der drei-b-Jet-Endzustand, der durch die Reaktion pp → bΦ entsteht, und das Higgs-Boson am Ende in ein Paar von b-Quarks zerfällt, Φ → bb. Um einen möglichst reinen Datensatz zu erhalten, ist die Identifikation der b-Jets entscheidend.
Die Suche wird mit den Daten des CMS-Experimentes am Large Hadron Collider (LHC) aus dem Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von 7 TeV durchgeführt. Für die Analyse wurden Daten verwendet, die integrierten Luminositäten der speziellen Higgs-Trigger von 2.7-4.8 fb−1 entsprechen. Im Rahmen der hier vorgestellten Analyse wurden zwei Analyseszenarien entwickelt, um eine Suche nach Higgs-Bosonen von niedrigen und mittleren Massen, 90 GeV ≤MΦ < 180 GeV und 180 GeV ≤ MΦ ≤ 350 GeV, durchzuführen.
Für die Suche wurden zweidimensionale Verteilungen hergenommen. Eine Variable ist die invariante Masse der beiden führenden b-Jets. Die zweite Variable kombiniert topologische und kinematische Eigenschaften von b-Quark-Jets. Zur Abschätzungen des Hintergrundes werden Ereignisse mit drei Jets, von denen zwei als b-Quark-Jets erkannt wurden, verwendet. Signalereignisse werden aus Monte-Carlo-Simulationen erzeugt, im Detektor rekonstruiert und durch den speziellen Higgs-Boson Trigger selektiert.
Systematische Effekte aus verschiedenen Quellen werden untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei bei der Betrachtung solcher Effekte, die zu veränderter Signal-Effizienz und zu Hintergrundverteilungen führten. Ein χ 2 -Test wird verwendet, um das Signal aus den Daten zu extrahieren. In dieser Analyse wurde kein Signal gefunden.
Die Ergebnisse wurden für die Berechnung einer oberen Grenze für σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) in Abhängigkeit von der Masse des Higgs-Bosons zwischen 90 und 350 GeV benutzt. Die verwendete Methode basiert auf einer CLS -Berechnung mittels einer Log-Likelihood-Funktion. Innerhalb der 2σ Bereiche ist die beobachtete Grenze in gutem Einklang mit der zu erwarteten Ausschlussgrenze. Aus den Daten wurde zusätzlich eine untere Grenze auf den tan β -Parameter des MSSM als Funktion der Higgs-Boson Masse gesetzt. Im Rahmen des mmax MSSM-Szenarios für eine Masse des Higgs Bosons zwischen 90 und 350 GeV sind folgende Bereiche mit einem Vertrauensniveau von 95% erlaubt: 27 ≤ tan β ≤ 51 für μ = +200 GeV und 22 ≤ tan β ≤ 37 für μ = −200 GeV, wobei μ die Higgsino-Masse ist. Die gesetzte Grenze für tan β ist weitaus enger als die aus früheren Messungen am CDF- und D0-Experiment
