Exploring the non-resonant ttHH (HH→4b) production, with hadronic tops decay, using a fast simulation of the CMS-LHC detector

Abstract

O processo t̄tHH é um importante canal para o estudo do setor de Higgs, tendo sido investigado em análises experimentais recentes. Sua relevância está no fato de que este canal permite o acesso direto, sem interferências, à constante de acoplamento trilinear do Higgs (λ) e à constante de acoplamento de Yukawa do Higgs com o quark top (y). Assim, t̄tHH oferece uma maneira complementar de medir essas constantes, juntamente com outros canais, como t̄tH, VV → HH e gg → HH. Além disso, t̄tHH é um canal valioso para o estudo de modelos além do Modelo Padrão (BSM), como os modelos de Higgs composto, que preveem resultados únicos para esse processo que podem ser observados em futuras buscas experimentais. Neste trabalho, é apresentado um estudo do processo t̄tHH com os quarks top decaindo hadronicamente (t → Wb, W → qq̄′) e os bósons de Higgs decaindo em pares de quarks b (t̄tHH hadrônico). A simulação do processo foi conduzida utilizando os frameworks MadGraph5_aMC@NLO, Pythia 8 e Delphes. Também foram simulados os principais backgrounds do processo: t̄t, t̄tWW, t̄tWH, t̄tWZ, t̄ttt, t̄tbb, t̄tbbbb, t̄tH, t̄tZ, t̄tZZ, com cada Z decaindo em pares de quarks b e os quarks top decaindo hadronicamente. São apresentadas as principais variáveis cinemáticas, como Pₜ (jatos), Hₜ, η, MET e massa invariante (para sinal e principais backgrounds). Os resultados mostram que os critérios de seleção N(jatos) ≥ 6, N(b-jatos) ≥ 4, N(q-jatos) ≥ 2, Hₜ > 500 GeV, além de exigir que os jatos tenham momento transverso Pₜ > 40 GeV/c, estejam na região de pseudorapidez η < 2.5, e que não haja léptons presentes, aumentam a razão sinal-para-fundo R e a significância estatística S por um fator de 10⁻². Os resultados apresentados são preliminares, e simulações avançadas deste canal estão sendo conduzidas atualmente dentro do framework CMSSW (CMS Software).

The t̄tHH process is an important channel for studying the Higgs sector, having been investigated in recent experimental analyses. Its relevance lies in the fact that this channel allows for direct access, without interference, to the trilinear Higgs coupling constant (λ) and the Yukawa coupling constant of the Higgs with the top quark (y). Thus, t̄tHH provides a complementary way to measure these constants, alongside other channels such as t̄tH, VV → HH, and gg → HH. Additionally, t̄tHH is a valuable channel for studying Beyond Standard Model (BSM) models, such as composite Higgs models, which predict unique outcomes for this process that could be observed in future experimental searches. This work presents a study of the t̄tHH process with top quarks decaying hadronically (t → Wb, W → qq̄′) and Higgs bosons decaying into pairs of b quarks (t̄tHH hadronic). The process simulation was conducted using the frameworks MadGraph5_aMC@NLO, Pythia 8, and Delphes. The main backgrounds for the process were also simulated: t̄t, t̄tWW, t̄tWH, t̄tWZ, t̄ttt, t̄tbb, t̄tbbbb, t̄tH, t̄tZ, t̄tZZ, with each Z decaying into pairs of b quarks and the top quarks decaying hadronically. The main kinematic variables are presented, such as Pₜ (jets), Hₜ, η, MET, and invariant mass (for signal and main backgrounds). The results show that the selection criteria N(jets) ≥ 6, N(b-jets) ≥ 4, N(q-jets) ≥ 2, Hₜ > 500 GeV, in addition to requiring that the jets have transverse momentum Pₜ > 40 GeV/c, lie within the pseudorapidity region η < 2.5, and that no leptons are present, increase the signal-to-background ratio R and statistical significance S by a factor of 10⁻². The results presented are preliminary, and advanced simulations of this channel are currently being conducted within the CMSSW framework (CMS Software).