Search for standard-model Z and Higgs bosons decaying into a bottom-antibottom quark pair in proton-antiproton collisions at 1.96 TeV SEARCH for STANDARD-MODEL Z and HIGGS ... T. AALTONEN et al

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.; Fernandez 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.; Gonzalez Lopez, 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.; Luca, 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, T.; 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.; S. H., Oh; Y. D., Oh; 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 Fernandez, 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. S.; 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.; Vazquez, F.; Velev, G.; Vellidis, C.; Vernieri, C.; Vidal, M.; Vilar, R.; Vizan, 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.; G. B., Yu; Yu, I.; Zanetti, A. M.; Zeng, Y.; Zhou, C.; Zucchelli, S.

doi:10.1103/PhysRevD.98.072002

The Collider Detector at Fermilab collected a unique sample of jets originating from bottom-quark fragmentation (b-jets) by selecting online proton-antiproton (pp̄) collisions with a vertex displaced from the pp̄ interaction point, consistent with the decay of a bottom-quark hadron. This data set, collected at a center-of-mass energy of 1.96 TeV, and corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb-1, is used to measure the Z-boson production cross section times branching ratio into bb̄. The number of Z→bb̄ 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, σ(pp̄→Z)×B(Z→bb̄)=1.11±0.08(stat)±0.14(syst) 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 pp̄→H→bb̄ process at s=1.96 TeV is set, corresponding to 33 times the expected standard-model cross section, or σ=40.6 pb, at the 95% confidence level.

Search for standard-model Z and Higgs bosons decaying into a bottom-antibottom quark pair in proton-antiproton collisions at 1.96 TeV SEARCH for STANDARD-MODEL Z and HIGGS ... T. AALTONEN et al

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.;Fernandez 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.;Gonzalez Lopez 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.;Luca 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 T.;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 Fernandez 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. S.;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.;Vazquez F.;Velev G.;Vellidis C.;Vernieri C.;Vidal M.;Vilar R.;Vizan 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.

2018-01-01

Abstract

The Collider Detector at Fermilab collected a unique sample of jets originating from bottom-quark fragmentation (b-jets) by selecting online proton-antiproton (pp̄) collisions with a vertex displaced from the pp̄ interaction point, consistent with the decay of a bottom-quark hadron. This data set, collected at a center-of-mass energy of 1.96 TeV, and corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb-1, is used to measure the Z-boson production cross section times branching ratio into bb̄. The number of Z→bb̄ 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, σ(pp̄→Z)×B(Z→bb̄)=1.11±0.08(stat)±0.14(syst) 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 pp̄→H→bb̄ process at s=1.96 TeV is set, corresponding to 33 times the expected standard-model cross section, or σ=40.6 pb, at the 95% confidence level.