Search for standard-model $Z$ and Higgs bosons decaying into a bottom-antibottom quark pair in proton-antiproton collisions at 1.96 TeV

Journal Article · 11 October 2018 · Physical Review D

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.072002 · OSTI ID:1477567

Aaltonen, T.; Amerio, S.; Amidei, D.; Anastassov, A.; Annovi, A.; Antos, J.; Apollinari, G.; Appel, J. A.; Arisawa, T.; Artikov, A.; Asaadi, J.; Ashmanskas, W.; Auerbach, B.; Aurisano, A.; Azfar, F.; Badgett, W.; Bae, T.; Barbaro-Galtieri, A.; Barnes, V. E.; Barnett, B. A. ; Barria, P.; Bartos, P.; Bauce, M.; Bedeschi, F.; Behari, S.; Bellettini, G.; Bellinger, J.; Benjamin, D.; Beretvas, A.; Bhatti, A.; Bland, K. R.; Blumenfeld, B.; Bocci, A.; Bodek, A.; Bortoletto, D.; Boudreau, J.; Boveia, A.; Brigliadori, L.; Bromberg, C.; Brucken, E.; Budagov, J.; Budd, H. S.; Burkett, K.; Busetto, G.; Bussey, P.; Butti, P.; Buzatu, A.; Calamba, A.; Camarda, S.; Campanelli, M.; Canelli, F.; Carls, B.; Carlsmith, D.; Carosi, R.; Carrillo, S.; Casal, B.; Casarsa, M.; Castro, A.; Catastini, P.; Cauz, D.; Cavaliere, V.; Cerri, A.; Cerrito, L.; Chen, Y. C.; Chertok, M.; Chiarelli, G.; Chlachidze, G.; Cho, K.; Chokheli, D.; Clark, A.; Clarke, C.; Convery, M. E.; Conway, J.; Corbo, M.; Cordelli, M.; Cox, C. A.; Cox, D. J.; Cremonesi, M.; Cruz, D.; Cuevas, J.; Culbertson, R.; d’Ascenzo, N.; Datta, M.; de Barbaro, P.; Demortier, L.; Deninno, M.; D’Errico, M.; Devoto, F.; Di Canto, A.; Di Ruzza, B.; Dittmann, J. R.; Donati, S.; D’Onofrio, M.; Dorigo, M.; Driutti, A.; Ebina, K.; Edgar, R.; Elagin, A.; Erbacher, R.; Errede, S.; Esham, B.; Farrington, S.; Fernández Ramos, J. P.; Field, R.; Flanagan, G.; Forrest, R.; Franklin, M.; Freeman, J. C.; Frisch, H.; Funakoshi, Y.; Galloni, C.; Garfinkel, A. F.; Garosi, P.; Gerberich, H.; Gerchtein, E.; Giagu, S.; Giakoumopoulou, V.; Gibson, K.; Ginsburg, C. M.; Giokaris, N.; Giromini, P.; Glagolev, V.; Glenzinski, D.; Gold, M.; Goldin, D.; Golossanov, A.; Gomez, G.; Gomez-Ceballos, G.; Goncharov, M.; González López, O.; Gorelov, I.; Goshaw, A. T.; Goulianos, K.; Gramellini, E.; Grosso-Pilcher, C.; Guimaraes da Costa, J.; Hahn, S. R.; Han, J. Y.; Happacher, F.; Hara, K.; Hare, M.; Harr, R. F.; Harrington-Taber, T.; Hatakeyama, K.; Hays, C.; Heinrich, J.; Herndon, M.; Hocker, A.; Hong, Z.; Hopkins, W.; Hou, S.; Hughes, R. E.; Husemann, U.; Hussein, M.; Huston, J.; Introzzi, G.; Iori, M.; Ivanov, A.; James, E.; Jang, D.; Jayatilaka, B.; Jeon, E. J.; Jindariani, S.; Jones, M.; Joo, K. K.; Jun, S. Y.; Junk, T. R.; Kambeitz, M.; Kamon, T.; Karchin, P. E.; Kasmi, A.; Kato, Y.; Ketchum, W.; Keung, J.; Kilminster, B.; Kim, D. H.; Kim, H. S.; Kim, J. E.; Kim, M. J.; Kim, S. H.; Kim, S. B.; Kim, Y. J.; Kim, Y. K.; Kimura, N.; Kirby, M.; Kondo, K.; Kong, D. J.; Konigsberg, J.; Kotwal, A. V.; Kreps, M.; Kroll, J.; Kruse, M.; Kuhr, T.; Kurata, M.; Laasanen, A. T.; Lammel, S.; Lancaster, M.; Lannon, K.; Latino, G.; Lee, H. S.; Lee, J. S.; Leo, S.; Leone, S.; Lewis, J. D.; Limosani, A.; Lipeles, E.; Lister, A.; Liu, Q.; Liu, T.; Lockwitz, S.; Loginov, A.; Lucchesi, D.; Lucà, A.; Lueck, J.; Lujan, P.; Lukens, P.; Lungu, G.; Lys, J.; Lysak, R.; Madrak, R.; Maestro, P.; Malik, S.; Manca, G.; Manousakis-Katsikakis, A.; Marchese, L.; Margaroli, F.; Marino, P.; Matera, K.; Mattson, M. E.; Mazzacane, A.; Mazzanti, P.; McNulty, R.; Mehta, A.; Mehtala, P.; Mesropian, C.; Miao, T.; Michielin, E.; Mietlicki, D.; Mitra, A.; Miyake, H.; Moed, S.; Moggi, N.; Moon, C. S.; Moore, R.; Morello, M. J.; Mukherjee, A.; Muller, Th.; Murat, P.; Mussini, M.; Nachtman, J.; Nagai, Y.; Naganoma, J.; Nakano, I.; Napier, A.; Nett, J.; Nigmanov, T.; Nodulman, L.; Noh, S. Y.; Norniella, O.; Oakes, L.; Oh, S. H.; Oh, Y. D.; Okusawa, T.; Orava, R.; Ortolan, L.; Pagliarone, C.; Palencia, E.; Palni, P.; Papadimitriou, V.; Parker, W.; Pauletta, G.; Paulini, M.; Paus, C.; Phillips, T. J.; Piacentino, G.; Pianori, E.; Pilot, J.; Pitts, K.; Plager, C.; Pondrom, L.; Poprocki, S.; Potamianos, K.; Pranko, A.; Prokoshin, F.; Ptohos, F.; Punzi, G.; Redondo Fernández, I.; Renton, P.; Rescigno, M.; Rimondi, F.; Ristori, L.; Robson, A.; Rodriguez, T.; Rolli, S.; Ronzani, M.; Roser, R.; Rosner, J. L.; Ruffini, F.; Ruiz, A.; Russ, J.; Rusu, V.; Sakumoto, W. K.; Sakurai, Y.; Santi, L.; Sato, K.; Saveliev, V.; Savoy-Navarro, A.; Schlabach, P.; Schmidt, E. E.; Schwarz, T.; Scodellaro, L.; Scuri, F.; Seidel, S.; Seiya, Y.; Semenov, A.; Sforza, F.; Shalhout, S. Z.; Shears, T.; Shepard, P. F.; Shimojima, M.; Shochet, M.; Shreyber-Tecker, I.; Simonenko, A.; Sliwa, K.; Smith, J. R.; Snider, F. D.; Song, H.; Sorin, V.; Denis, R. St.; Stancari, M.; Stentz, D.; Strologas, J.; Sudo, Y.; Sukhanov, A.; Suslov, I.; Takemasa, K.; Takeuchi, Y.; Tang, J.; Tecchio, M.; Teng, P. K.; Thom, J.; Thomson, E.; Thukral, V.; Toback, D.; Tokar, S.; Tollefson, K.; Tomura, T.; Tonelli, D.; Torre, S.; Torretta, D.; Totaro, P.; Trovato, M.; Ukegawa, F.; Uozumi, S.; Vázquez, F.; Velev, G.; Vellidis, C.; Vernieri, C.; Vidal, M.; Vilar, R.; Vizán, J.; Vogel, M.; Volpi, G.; Wagner, P.; Wallny, R.; Wang, S. M.; Waters, D.; Wester, W. C.; Whiteson, D.; Wicklund, A. B.; Wilbur, S.; Williams, H. H.; Wilson, J. S.; Wilson, P.; Winer, B. L.; Wittich, P.; Wolbers, S.; Wolfmeister, H.; Wright, T.; Wu, X.; Wu, Z.; Yamamoto, K.; Yamato, D.; Yang, T.; Yang, U. K.; Yang, Y. C.; Yao, W. -M.; Yeh, G. P.; Yi, K.; Yoh, J.; Yorita, K.; Yoshida, T.; Yu, G. B.; Yu, I.; Zanetti, A. M.; Zeng, Y.; Zhou, C.; Zucchelli, S.

Here, the Collider Detector at Fermilab collected a unique sample of jets originating from bottom-quark fragmentation ($$b$$-jets) by selecting online proton-antiproton ($$p\bar{p}$$) collisions with a vertex displaced from the $$p\bar{p}$$ interaction point, consistent with the decay of a bottom-quark hadron. This data set, collected at a center-of-mass energy of $$\sqrt{s}=$$1.96 TeV, and corresponding to an integrated luminosity of $$5.4~\rm{fb}^{-1}$$, is used to measure the $$Z$$-boson production cross section times branching ratio into $$b\bar{b}$$. The number of $$Z\rightarrow b\bar{b}$$ events is determined by fitting the dijet-mass distribution while constraining the dominant $$b$$-jet background, originating from QCD multijet events, with data. The result, $$\sigma(p\bar{p} \rightarrow Z) \times \mathcal{B}(Z \rightarrow b\bar{b})= 1.11\pm 0.08(\text{stat}) \pm 0.14(\text{syst})~\text{nb}$$, is the most precise measurement of this process, and is consistent with the standard-model prediction. The data set is also used to search for Higgs-boson production. No significant signal is expected in our data and the first upper limit on the cross section for the inclusive $$p\bar p \rightarrow H\rightarrow b\bar b$$ process at $$\sqrt{s}=$$1.96 TeV is set, corresponding to 33 times the expected standard-model cross section, or $$\sigma = 40.6$$ pb, at the 95\% confidence level.

• Research Organization: Brookhaven National Laboratory (BNL), Upton, NY (United States); Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Los Alamos National Laboratory (LANL), Los Alamos, NM (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Argonne National Laboratory (ANL), Argonne, IL (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); USDOE
• Contributing Organization: CDF Collaboration
• Grant/Contract Number: AC02-07CH11359; AC02-05CH11231
• OSTI ID: 1477567
• Alternate ID(s): OSTI ID: 1463624; OSTI ID: 1550826
• Report Number(s): FERMILAB-PUB-18-307-E-PPD; arXiv:1807.01363; PRVDAQ; 1680821; TRN: US1902320
• Journal Information: Physical Review D, Vol. 98, Issue 7; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society (APS)Copyright Statement
• Country of Publication: United States
• Language: English