Search for Higgs boson produced in association with a charm quark in the WW channel with the CMS detector using a modern analysis framework

Lee, Ming-Yan; Schmidt, Alexander; Worek, Malgorzata

doi:45176

Search for Higgs boson produced in association with a charm quark in the WW channel with the CMS detector using a modern analysis framework

Lee, Ming-Yan^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ming-Yan Lee, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schmidt, Alexander (Thesis advisor)^RWTH* ; Worek, Malgorzata (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-01-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-01237
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1027133/files/1027133.pdf

Einrichtungen

Projekte

GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik beschreibt Elementarteilchen mit hoher Präzision. Insbesondere das Higgs-Boson und seine Eigenschaften sind weiterhin Gegenstand intensiver Untersuchungen. Die Yukawa-Kopplungen an Fermionen der zweiten Generation gehören zu den am wenigsten eingeschränkten. Diese Arbeit präsentiert eine Suche nach der Produktion des Higgs-Bosons in Verbindung mit einem Charm-Quark (cH) als alternative Untersuchung der Charm-Yukawa-Kopplung in einfacheren Ereignistopologien. Das Higgs-Boson zerfällt in zwei W-Bosonen, gefolgt von e$\nu$- und $\mu\nu$-Endzuständen. Diese Suche basiert auf Proton-Proton-Kollisionen mit $\sqrt{s}=$13 TeV, die von CMS in den Jahren 2016–2018 aufgezeichnet wurden und 138 $\text{fb}^{-1}$ entsprechen. Die Analyse nutzt ein modernes Framework, welches eine effiziente Datenverarbeitung ermöglicht und Commissioning-Studien fortschrittlicher Heavy-Flavor-Tagging-Algorithmen unterstützt. Um die Empfindlichkeit zu verbessern, werden inklusive Ereignisauswahlen und multivariate Techniken angewendet, insbesondere zur Differenzierung dominanter Hintergründeprozesse von der Produktion von Top-Quark-Paaren und nicht-cH-Higgs-Boson-Prozessen. Die Ereignisse werden anhand ihrer Kinematik in signal- und hintergrunddominierte Bereiche kategorisiert, die zur Signalextraktion und zur Begrenzung systematischer Unsicherheiten in einer Maximum-Likelihood-Anpassung verwendet werden. Es wird kein signifikanter Exzess gegenüber der Hintergrunderwartung beobachtet. Obergrenzen bei einem Konfidenzniveau von 95% (CL) werden für die Signalstärke der cH-Produktion festgelegt, definiert als das Verhältnis der gemessenen Ausbeute zur SM-Erwartung. Die beobachtete (erwartete) Obergrenze ist 1065 (506). In Kombination mit der vorherigen Suche nach cH im Diphoton-Zerfallskanal des Higgs-Bosons beträgt die beobachtete (erwartete) Grenze 257 (281), was als Einschränkung des Wertes von \kappac interpretiert wird, $|\kappa_c| < $47 (51). Diese Kombination ergibt die bislang schärfsten Einschränkungen für die Produktion von cH.

The standard model (SM) of particle physics describes elementary particles with high precision. In particular, the Higgs boson and its properties remain the subject of intensive study. The Yukawa couplings to second-generation fermions are among the least constrained. This thesis presents a search for Higgs boson production in association with a charm quark (cH) as an alternative probe of the charm Yukawa coupling in simpler event topologies. The Higgs boson decays to two W bosons, followed by $e\nu$ and $\mu\nu$ final states. This search is based on proton-proton collisions at $\sqrt{s}=$13 TeV recorded by CMS in 2016--2018, corresponding to 138 $\text{fb}^{-1}$.The analysis employs a modern framework that enables efficient data processing and supports commissioning studies of advanced heavy-flavor tagging algorithms. Inclusive event selections and multivariate techniques are applied to enhance sensitivity, particularly in separating dominant backgrounds from top-quark pair production and non-cH Higgs boson processes. Events are categorized by kinematics into signal- and background-dominated regions, which are used for signal extraction and for constraining systematic uncertainties in a maximum likelihood fit. No significant excess over the background expectation is observed. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the signal strength of cH production, defined as the ratio of the measured yield to the SM expectation. The observed (expected) limit is 1065 (506). When combined with the previous search for cH in the diphoton decay channel of the Higgs boson, the observed (expected) limit is 257 (281), which is interpreted as constraints on the value of $\kappa_c$, $|\kappa_c| <$47 (51). This combination yields the most stringent constraints on cH production to date.

OpenAccess:
PDF
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