L’ESPERIMENTO NuTeVNuTeV(Fermilab experiment 815)

Paolo Bellan

Scuola di dottorato , XX cicloUniversità di Padova 5.10.2006

Sommario

1_ Motivazioni e ‘retroscena’

2_ L’apparato sperimentale2.1_ Fascio ed SSQT2.2_ Il rivelatore

3_ Tecniche di analisi e risultati principali3.1_ Conta che ti passa…

3.2_ Non solo funzioni di struttura3.3_ La famosa discrepanza a 3 dove e come

4_ Possibili interpretazioni 4.1_ “Standard”4.2_ NP

5 _ Conclusioni

WHO’S SMSM?! Un po’ di storia…

GARGAMELLE Scoperta delle correnti deboli neutre (estate 1973) previste dalla teoria EW, N X

Prima generazione di esperimenti, fine anni ’70; si testa la struttura base dello SM, caccia ai parametri base mZ, mW; precisioni tipiche sul 10%

HPWF CIT-F

Esperimenti di seconda generazione, fine anni ’80; scoperta dei BV W, Z (82-83); primi limiti utili su mtop; le correzioni radiative diventano importanti; precisioni tipiche al 1-5%

CCFR, CDHS, CHARM e CHARM-II, SLAC eD, APV, UA1 e 2, PETRA,

TRISTAN

Terza generazione di esperimenti, compresi gli attuali. Si testa la coerenza interna dello SM, limiti sulla massa del bosone di Higgs, si cerca NP; precisioni ≤ 1%

LEP I e II, SLD NuTeV, DØ, CDF, HERA, B-factories

Alcune crepe….

Troppi parametri liberi;

Non spiega l’origine dell’entità delle masse dei fermioni, del mixing tra flavour e della violazione di CP;

Non si pronuncia sull’unificazione delle c.c. ad alte energie

Problemi della GERARCHIA di gauge / della NATURALEZZA

Non contempla la Gravità

Teoriche

Tutto bene? …Quasi!

Il numero di misurato dalla largezza invisibile è 2.964 +/- 0.0083 ( accoppiamento↔Z inferiore?)

Le misure delle asimmetrie FB tra adroni e leptoni sono in disaccordo

SM global fit non molto soddisfacenti (e peggiorano tenendo solo le misure più precise!)

Non fornisce possibili spiegazioni per alcuni fenomeni (masse dei neutrini, D.E. / D.M., QGP…)

Sperimentali

Quantità dello SM definite dalle misure ai collider

• Non molto precise sulle coupling dei

• Sondano la teoria ad energie Q² ~ MZ²

Scattering leptone-neutrino

• OK per sondare l’accoppiamento debole del a basso Q²

• MA la piccola sez. d’urto rende le misure ardue

Es.: inverse decay, scattering elastico e--

Scattering neutrino-nucleo

• Processo puramente debole a basso e medio Q²

• Statistiche potenzialmente favorevoli; complicazioni dalle funzioni di distribuzioni partoniche

Es.: scattering elastico e quasi el.: p p & n - p;

DIS NC & CC: N X & N - X

MOTIVAZIONI FISICHE degli studi di processi a NuTeV

ALL’INTERNO DELLO SM:

• Misurare accuratamente gli accoppiamenti di e quark leggeri

• Misurare parametri della teoria (Fi, mW…) con precisioni confrontabili con le altre misure

• Testare l’universalità della teoria EW ad impulso trasferito (~ 30 GeV²) diverso dagli altri esperimenti

• Indagare l’impatto delle varie correzioni radiative

AL DI LA`

• Studi su oscillazioni dei neutrini

• Sensibilità a differenti scenari di NP con misure fuori dal polo della Z0

• Ricerca dirette di NP: leptoquarks, compositeness, nuovi bosoni vettori…

2_ L’apparato sperimentale 2.1_ Il fascio

Pacchetti da ~2x1012 di protoni da 800 GeV di TeV sul bersaglio primario in BeO mesoni (,K) SSQT Decay Pipe (350m) muon-shied in acciaio e piombo + 910 terra detector

Sistema di monitoring delle linee fasci

Fascio ad alta purezza, grazie al SSQT: contaminazioni ‘wrong sign’ ~10-3

FLUSSI: ~20(4) (anti-) per 1013 pot; ‹E › ≈ 125 GeV, e ~1.6% , <10-5

Calibrazione CONTINUA!

Test beam ad un certo angolo rispetto al fascio primario ed intervallato ad esso, sincronizzato con la trigger logic ed il gating dei segnali

• elementi ottici (magneti di- e quadrupoli)• 3 diversi tipi di camere a drift• 8 moduli TRD• Un contatore Cerenkov

Funzionante in tre modi: electron, hadron, muons

Utilizzato per: • Calibrare la risposta energetica del

calorimetro a sciami adronici ed e-

• Calibrare e mappare il campo magnetico

• Monitorare la ‘posizione’ del detector

Provenienza dei e frazione degli eventi

Steel toroids

Drift Chamber

Il calorimetro/ bersaglio

•3x3x17.7 m, ~690 Tons (390 fiduciale). Sandwich di :

•168 piani d’acciaio 5.1 cm

•84 liquid scintill. counter per triggerare / localizzare il vertice dell’ interazione N / misurare event lenght / energia visibile / E via Mult Scatt

•42 drift chamber; per misurare l’energia degli sciami adronici Ehad e localizzare lo posiz. Trasversa delle showers

Toroide (Muon Spectrometer)

Misura l’E e carica dei prodotti nelle interaz. di CC nel target

3 blocchi con magneti toroidali; tra ciascuno 8 dischi d’acciaio; in mezzo ad ogni gap 5 camere a drift a filo singolo + altri 2 set di tali camere a valle del rivelatore (Blue Cart)

Ehad

E

Acciaio 5.1cm

Drift Chamber

Scintillatori

4 fototubi agli angoli degli scint. Counter differenti trigger gating

E/Ehad ≈ 0.43%

θres ≈ 1.6x10-2 mr

(E)/E = 0.022 + (0.86±0.01) /√E

2_ L’apparato sperimentale 2.2_ Il rivelatore

∫Bφ = 1.7 T,

pT = 2.4 GeV

risoluz in XY ~500 m

p/p = 1%(MCS dom)

E/E ≈ 0.7%

Separazione di eventi di CC da NC statistica, basandosi sulla ‘lunghezza dell’evento’ definita dal numero di counters attraversati ↔ deposito longitudinale di E

Fondamentalmente un esperimento di conteggio di event rates…

Criteri di selezione

• @Trigger level: segnale in un certo numero di counter consecutivi

•Timing cut

•Vertice trasverso nei 2/3 del cal. Contenimento longitudinale adronico e contenimento dei |X,Y| < 50 cm, 15.2cm < Rtor < 163 cm, > 7*10-³ Rad

•Track Quality Cut x target e toroid separatamente (buon ² , etc)

• ‘Event exit’: si taglia sul numero di counter a monte ed a valle (ev length significativa) & Shower containement; good sign

•E>15 GeV; Ehad>10-20 GeV, 30<E< 360 GeV; Q² >1GeV²; muoni del segno giusto!

Esempio della risposta degli Scint. Count.

Wemweak QJCoupling 23 sin

NC

3weakJCoupling

CC

Rapporto NC/CC da misurare in ambo i modi e

…ma non solo conteggi!

•SHORT CC ev (20%)

•SHORT e CC ev (5%)

•Cosmici (0.8%)

•LONG NC ev (0.3%) ‘punch through’ effects

•HARD Bremstr (0.2%)

Contaminazioni e backgrounds

Statistica totale1.6x106 eventi

3.5x105 eventi,

•PDF - per le coupling CC e NC - per i modelli di sez. d’utro (p.es stima degli ev di CC ‘corti’)

•Flussi di neutrini - assieme alle sez. d’urto, per predire il numero di eventi - correzioni per eventi di e- CC (~ short NC)

•Modellizzaz. della lunghezza delle showers - per correggere NC short che ~ long CC

•Risposta del detector (VS posizione, energia, tempo)

- cruciale il continuo test beam

Essenziale avere MC dettagliati

…e per testare la stabilità dei risultati Rexp al variare dei tagli di selezione ( v. BCKUP Slide)

Sorgenti d’errori e Sistematiche

Risoluzione in Ehad, E : energy-scale / linearità (investe la stima sia del flusso che l’estrazione della sez. d’urto differenziale), dE/dx

E/Ehad ≈ 0.43%; E/E ≈ 0.7%;incertezze dai modelli di smearing

incertezze sul flusso (sotto il %)

RL, mc , Higer twist, correz radiative

Vertice, size - shower lenght models

Efficienza dei counters, noise

2.1% di incertezza della media mondiale della sez. d’urto di neutrino (nella normalizz. globale del flusso)

Approssimazioni usate

Parametri (nei fit, charm prod. threeshold…)

4_ Principali risultati e relative tecniche di analisi 4.1_ Le misure

Separazione di eventi di CC da NCBinning in E,,x,Q²Raw data frequenze di ‘eventi frazionari’

Correzioni per accettanza e smearing (fast detector simulation)

F2, xF3 dal fit della dipendenza in y di somma e differenza delle ddxdy per e

ijkijkji

ijk

k yx

N

Edxdy

d

E

:)(

11)(

)(2

Q² (GeV²)Q² (GeV²)

30< E<360;10-3<x<0.95;0.05<y<0.95

W

W

LL

AVG

AVGF

L

F

μνμμνν

hadr

ν

QxRQxR

Q

xM

FxFxFxFFF

F

xFy

yMEG

dxdy

d

dxdy

d

xFy

yFR

QxMy

E

Mxyy

MEG

dxdy

d

dxdy

d

)QEM(EMW);/(θEEQ;E

Ey;

yME

Qx

//22

2

22

2133322

2

3

2222

32

2222222

222222

),( ;),(1

41

2xF );(2

1 ;

2

2

21

1

/41

2212

2 2sin4 2 111

da fit delle misure mondiali

si usa un modello NLO

Si usano i di-muoni

•Bassa statistica (~10% dei decad. degli adroni charmati)

•Larghe correzioni (miss-E E> 5 GeV) che dipendono da Br e fragm. models

• Br(c → ), di-mu Br• Modelli di charm production• Funzioni di correz. nucleari• Correzioni per E cut

INP

UT

Si fitta ²model[mc,s(x,Q²)] con sez. d’urto NLO + smearing corr; si confronta poi la differenza s – sbar delle diverse parametrizz. con i calcoli teorici (del CTEQ p.es.)

Charm prod. dipende da s-sea,|Vcd|,| Vcs |,mc

Determinazione dello strange sea, studi su mc e charm-fragm.”:

EM

mVsVdu

QMMEG

dyd

cXNd

XcBzDdyd

cXNd

dzdyd

XNd

Q

Mx

Q

mx;

E

Ey;

yME

Qx

ccscd

W

F

LO

c

c

ν

hadr

ν

21 ||),(2||),(),(

)/1(

)(

);()()()(

11 2

222222

22

22

22

2

22

2

22

Branching ratio del decadimento semileptonico

dell’ adrone charmato

Funzione di frammentazione (quark c → adrone charmato)

s~sbar VS x; semi-lept Br

OK per bar

mc = 1.30 ± 0.21 ± 0.07 GeV/c² |Vcd | = 0.224 ± 0.007 ± 0.005

s-sbar VS x

Limiti sui parametri delle oscillazioni e ( e ) e ( )

INPUT: MC Posc ↔ R(NC/CC), risposta del detector, flussi di e normalizzati al misurato, funzioni di struttura nucleari, sin²W (World Av.); MC TAUOLA per i decay

Dati sono consistenti con l’assenza di oscillazioni →e , per tutti i Δm²

Si fissa un 90% CL upper limit per ogni Δm²

Oscillaz = eccesso di eventi “corti” (p.es il perso nella shower)

Metodo basato sul differente deposito energetico longitudinale per le interazioni CC N rispetto a quelle di e . Deviazioni dalle previsioni del rapporto NC/CC vengono attribuite alle oscillaz →e o →

Tagli su Ecal per sopprimere canali q.e. e risonanti

Si assumeNC per e , uguale a per

Si usa il modello di mixing a 2 flavour

Per ciascun Δm² si minimizza il ²(sin²2α), considerando gli effetti dell’oscillazione (generati da MC), incertezze statistiche e sistematiche

WeNCR

WeWeakNCL

CCRWeak

CCL

W

W

QgQIg

gIgggge

2

2)3(

)3(

sin ;sin

0 ;tan'

sin

qqgqqgG

L

BJJgWJgL

RLF

N

emN

555

33

1112

)('

candidates

candidates

cut

cut

CC

NC

LL

LL

LONGevents

sSHORTeventR

exp

qq

qqrqqRLg

rgR

qq

qggqggrggRR

CC

CCRL

LRRLRL

CC

NC

3

3 ); ,(

1

;3

33 ;

22

222222,

,

,

WdRuRR

WWdLuLL

ggg

ggg

42,

2,

2

422,

2,

2

sin9

5

sin9

5sin

2

1

Misurando il rapporto di sez. d’urto NC/CC si puo’ ricavare il valore dell’angolo di W

Z

WW

WF

MM

M

gG

cos

8

22

2

Al tree-level, per un bersaglio isoscalare composto solo da u,d,(s) vale la relazione:

)(

)(

)(

)(

1sin9

5sin

2

1 422)(

V

CC

CCWW

CC

NCR

Llewellyn Smith Relation (CCFR)

2

22 1sin

Z

WshellonW M

M

WR

WWL

kg

kkg

4222

42222

sin9

5

sin9

5sin

2

1

)100/ln(0029.0)175/(0004.00349.1

)100/ln(0006.0)175/(0001.00086.1

GeVmGeVmk

GeVmGeVm

ht

ht

Le correz. EW & le principali QCD dip. dalla definizione! Usando:

Le corr. radiative a gL² si cancellano in gran parte la sua sensibilità ad mt e’ molto ridotta se espressa in termini di W

on-shell

SM fit VS NuTeV DATA;

si fissa mt,mh Mw sin²W

“la discrepanza è left-handed non right-handed”

! 2.6 di Differenza 3042.0: 0014.03005.02

,2

,2

SMggg dLuLL

agreement 0301.0:

0011.000308.02,

2,

2

SM

ggg dRuRR

fittando i tree-level parameters ρ0 e sin²W

Agreement improbabile…

! 2.8 direnza Diffe 1 )(0032.0)(0026.09884.02

0

SM

siststatfit ad un parametro (con w W.A.):

la discrepanza è sui neutrini, non sugli anti-neutrini

!3 di Differenza )3950.0:( 0013.03916.0

sin sin

exp

2exp2

exp

SMR

Rgranded

dRW

W

agreement Buon )4066.0:( 0027.04050.0

)p.es ( hesistematic sin

exp

exp2

exp

SMR

mRpiccolod

dRc

W

R/R

~0.

65%

R/R ~0.3%

)(

)(

)(

)(

1sin9

5sin

2

1 422)(

V

CC

CCWW

CC

NCR

Llewellyn Smith

Per estrarre sin²W si devono applicare numerose correzioni: sperimentali (accettanza e bin-centering), e teoriche (target isovector, heavy quark content, higher twist, radiative, RL,charm prod.; incertezze principalmente sul valore della soglia di produzione di charm)

WRL

CCCC

NCNCPW

gg

r

rRRR

2222 sin2

1

1All’atto pratico si usa:

Indip dalla distribuzione in momento di q ed antiq (quindi alla struttura partonica del bersaglio) e meno sensibile alle suddette correzioni e sistematiche

,,exp RR

Tramite modellizzazioni MC delle sez. d’urto e della risposta del detector si mette poi Rexp in relazione alla quantità sea–indip. RPW

• errori su charm e strange sea trascurabili (se xs(x)=xs-bar(x))

• Contributi da charm prod. piccoli (entrano solo in dval che è Cabibbo soppresso)

• ESSENZIALE l’SSQT !!

seaseasea

valseasea

valseasea

sssuuuddd

da contributo Nessun0)()( solo cecontribuis0)()( solo cecontribuis0)()(

SM prediction (global fit mtop, mh MW w):

sin²W = 0.2226 ± 0.0004

(hep-ex/0112021)

VVSS

Fittando contemp. sin²(W) ed mc

sin²W = 0.2277 ± 0.0013(stat) ± 0.0009(th)

mc (= 1.32 +/- 0.11) GeV

(hep-ex/0110059)

OPPURE, da g²L,R

( usando i global best fit per mtop, mh + higher ord. Eff. treat.) :

sin²W = 0.2272 ± 0.0177 ± 0.001(mtop) ± 0.0002(mh)

4.2_ La famosa discrepanza

Se si effettua il cfr tra le relative MW :

MW = 80.400 +/- 0.019 GeV (Global fit NO NuTeV)

MW = 80.451 +/- 0.033 GeV (da W NuTeV)

L’inclusione di NuTeV nei fit globali sposta di poco il valore preferito di mH, ma peggiora significativamente il ²…

Possibili spiegazioni ed Possibili spiegazioni ed interpretazioniinterpretazioni

_ Modelli per sez. d’urto e pdf in input(LO vs NLO…)

_ Correzioni EW

_ Violazione della simmetria di Isospin

_ Asimmetrie del mare (strange)

_ Effetti nucleari

_ Proprieta’ dei neutrini

* Effetti di mixing e di oscillazioni

* Accoppiamenti speciali con nuove particelle

_ Nuove particelle

* Scambio di Z’ o LQ

* Loop di nuove particelle (SUSY, …)

_ Combinazioni di NP ( si spiega tutto…!)

• Variazioni nei parametri dei fit di SM

• ‘Old Physics’: QCD e dintorni

• Beyond the SM

PDF & Sez. d’urto LO – NLO

NuTeV usa un formalismo LO ‘arricchito’, che usa:

•Constraints dai DATI di CC ad 1 e di-muoni •Misure esterne di d/u, RL, charm sea, higher twist…

Una stima dell’impatto del contributo NLO su una analisi idealizzata indica piccole variazioni:

sin²W = da -0.0004 a +0.0015

Correzioni Radiative

q’q

W

Correzioni EW in genere grandi (la principale è la radiazione di Bremstrahlung del leptone dello stato finale in CC

sin²W = -0.0030

sin²W = -0.0036

aggiungendo il trattamento delle sing. di massa dello stato iniziale

riduzioni della discrepanza ~1/3 (introduce dipendenze da schema e input

parameters)

Le PDF usate sono state auto -consistentemente estratte fittando le parti LO ai dati…

La PW viene corretta (esattamente) al NLO con termini isovett o C-dispari, che diventano piu` grandi di qualche % trattazione al LO adeguata! (vero per W, non per R↔ gL,R)

In generale sono trattate adeguatamente; per alcune ci sono nuove stime; p. es:

Variazioni di set di PDF al LO/NLO (MRST/CTEQ)

g²L

g²R

Rilassando le assunzioni ‘classiche’ su s-: -1.5

Violazione di isoscalarita’

Bersaglio di NuTeV con un eccesso di neutroni del ~6% A livello atomico:

A livello partonico: (up ≠ dn, dp ≠ un ,…)

Nella QCD violato da termini dell’ordine (mu-md)/1% @ NuTeV

Se fosse = 1% (sin²W)Th= 0.002

Riduzione dell’anomalia

Servirebbe p(dp ) > p(un) del 5%!

vari modelli predicono da 0 al 1.5 %

•“Bag Model” calc. sin²W= da 0 a -0.0017 (al piu` -1)

•“Meson Cloud” model sin²W=+0.0002 (~0)

• Best fit MRST -1

NON inserite

VALENZA

MAREAltamente improbabile: se anche ci fosse una componente ‘intrinseca’ (c- ≠ 0 sotto la soglia di prod del charm x effetti non-pert), questa avrebbe c- → 0 per tutti i momenti;

Soglia di produzione nella regione non pert., si potrebbe avere una comp ad s- ≠ 0

Calcoli model-dep suggeriscono s- ~ 0.002 sempre compatibile (sin²W)Th= 0.0026 NuTeV = 1.5!

ccss

∫ xs- (x)dx = -0.0009 ± 0.0014 (servirebbe +0.006!)

I calcoli @ NLO danno risultati ~ LO e comunque sempre consistenti con zero…

± 0

.01

OK

Le sym. della QCD impongono solo che q- = q – q = 0 al I ordine per c,s; ma:

nel

le

sist

emat

iche

Nuclear effects

• Shadowing differente per CC/NC potrebbe spiegare l’intero scostamento, ma anche raddoppiarlo! Il segno dipende dalle pdf usate in input

• Anti-shadowing: stime dell’ impatto solo sul rapporto anti- servirebbe una parametrizzazione dell’ effetto…

Il risultato su sin²(W) mostra stabilità rispetto all’ aumento di Ehadr (che varia i Q² campionati)

Le misure delle distribuzioni di quark non mostrano dipendenza da 1/Q² nella regione cinematica di NuTeV

La maggior parte (p.es dipendenza dal flavour) sono effetti importanti solo ad alto x e basso Q² << Q²NuTeV = 16 - 25 GeV² pochi dati peso ridotto; INOLTRE:

•Liberta’ di introdurre effetti nucleari process-dep limitata (F2

cc ed F2EM su ferro

in agreement)

•Modelli VMD prevedono differenze tra lo scambio di W e Z; riguardano principalmente q del mare a basso x e si cancellano in Rexp difficile spiegare l’anomalia di NuTeV con tali effetti

Oltre lo SMOltre lo SM

Il risultato di NuTeV calza in generale con un diverso coupling tra e -bar; si tenta di spiegarlo con una riduzione della cc dei neutrini per la presenza di nuovi fenomeni:

MENO e (fondo per gli eventi di NC) NC aumenta diminuisce R aumenta sin²w

Per spiegare NuTeV serve P(e s) = 0.21 +/- 0.07 (Giunti-Laveder) m² = 10–100 eV² (ok per LSND e H³-decay) @ Ereac ~ 1 MeV,Losc = 1 – 10 Km Gli esp di disapp. (Bugey, Chooz) non possono vederlo.

Lavoro recente (`05): 3+2 , parametri che fittano i dati delle oscillazioni al 99% CL - 1/3 di

MSSM: Le correzioni a one-loop tendono generalmente ad essere POSITIVE vanno nella direzione sbagliata; poi piccole (permille, serve percento!)

SUSY

ESSM: OK SO(10) (che spiega bene anche sin2~1,(g-2),Vcb,…) grazie fondamentalmente a leptoni neutri + non-universalita’ delle NC prevedono una diminuzione della NC -1 !DATI vs MC sui flussi OK al 5%...

si scrive in funzione di questi lo shift delle cc. Fittando i parametri ai test di precisione EW (senza imporre lo SM) shift delle cc centrato attorno al valore di best fit dello SM per mH = 100 GeV si assorbe al massimo 1 !

• Correzioni alle interazioni mediate dai bosoni di gauge

Mixing SM↔ R cambiano ancheWeWeaumenta nota al permilleLo spazio dei parametri restante basta per al più unaZ↔Z’NP: U(1)` potrebbe agire solo sul coupling della Z,

tramite il mixing con Z` cambia MZ, JZ constraints da LEP and SLD al per-mille! Accettando uno shift del coupling di Z del ±1%, (assumento SU(2)L-inv e generaz. indip.) si prende il valore dai dati senza imporre lo SM e si guarda il range di gL,R consistente coi dati EW:

•Mix SM↔ extra fermions stessa W-coupl diversa Z-coupl.: modelli difficili da costruire…

•Mixing flav. dep (Z-Z’ mix ↔ L – L) cambia anche il coupling di NO!

•La NP potrebbe produrre shift delle coupling della Z energy-dep. ?

GENERALIZZANDO:

contorni ad 1 e 3

Occorre indebolire il coupling di Z (gL) di ~1.6% Z -bar e AFB

b,c mostrano 1 di discrepanza dallo SM best fit (OK) ma BR(Zc,c-bar; b.b-bar) vanno bene così

• ”Oblique corrections” In generale si può parametrizzare i contributi di NP ad alta Energy Scale (che si accoppiano prevalentemente ai VB) in modo model indipendent con 3 parametri (‘obliqui’);

Operatori non rinormalizzabili - Interazioni di contattoOperatori non rinormalizzabili - Interazioni di contatto

Si deve diminuire NC o aumentare CC Approccio da ‘Teoria effettiva’: partendo dalla fenomenologia

SCALARI (↔): serve un coeff ‘grande’ (contributo al CC scattering piccolo, poca interferenza con l’ampiezza dominante dello SM, soppressa dalla massa dei fermioni o dalla VCKM) conflitto con R (per u,d) coi limiti su FCNC (2 meson decay per s,c,b)

Buoni risultati ma con un severo fine tuning sul valore del coupling nel vertice qqllL (~1% EW)

TENSORI: OK agirebbero aumentando CC; ma difficile immaginare NP che non generi assieme a loro anche quegli operatori scalari…

VETTORI: Se ne possono scrivere solo due di lin. indip, e non tutte le comb lineari vanno bene (problema di R ) OK se sono di tipo LL; agirebbero diminuendo NC

Potrebbero essere mediati

•da LeptoQuarks

•da un nuovo BV Z’unmixed ↔ nuova gauge sym. U(1)’;

Si parametrizzano gli effetti di generica NP troppo ‘pesante’ per essere prodotta

Vertici a 4 fermioni SU(3)xU(1)em –inv servono x spiegare NuTeV

operatori SU(2)L -inv B-, L- conserving di dim=6 che generano i vertici desiderati:

scalari, vettoriali o tensoriali:(jS

l x jS

q), (jVl x jV

q), (jTl x jT

q) ove

Nuove particelle che mediano tali accoppiamenti

)()1()()()1()(

)()1)((

5,

5,

5,

qlqljqlqlj

qlqlj

qlT

qlV

qlS

Extra U(1)Extra U(1)´́ UNMIXED boson UNMIXED boson ZZ´́

Molti modelli di GUT & stringhe prevedono nuovi bosoni vettori neutri ↔ nuova gauge sym. U(1)’;

Il segno degli operatori qqll a d=6 dipende dalla sua carica di q,l con generiche cariche si puo’ spiegare NuTeV

Sotto richieste ragionevoli:

• masse neutre sotto la U(1)’

• accopp. solo ai leptoni di II gen (limiti da LEP su e+e-)

• no anomalie NO altri fermioni light carichi per GSM

rimane solo è B-3L; best fit per NuTeV: √(M²Z+20) ≈gZ’*3 TeV

Limiti

•(g-2): se MZ’ grande, correzioni piccole , se piccola (< 5 GeV) OK

•Quantum-corr: mixing cinetico tra Z’ ed i bosoni di ipercarica; se Z’ leggero serve piccola coupling per evitarle

•Dai collider (Tevatron) MZ ≠ MZ’:

600GeV ≤ MZ’ ≤ 5 TeV oppure

1GeV ≤ MZ’ ≤ 10 GeV

Da chiedere ad LHC…

Si considera interazioni a 4f (B, L, o B-3L -conserving); dei vari tipi ve ne sono 4 candidati a spiegare l’anomalia di NuTeV, cioe’ quelli che si accoppiano ai doppietti lL, qL ;

In generale aumentano sia NC che CC la discrepanza su gL aumenta; difficile poi fittare i dati di NeTeV evitando i constraints al decadimento del accettando una deviazione di 1su di essa

Situazioni piu` generali (tripletti di isospin non degeneri) sono in grado di spiegare interamente l’anomalia un’altra cosa da chiedere ad LHC…!

In ogni caso MLQ > 200 GeV (Tevatron)

l’

q’

LQa,b

l

q

LeptoQuarksLeptoQuarks

Bosoni scalari o vettoriali recanti carica el. e di colore che si accoppiano a quark e leptoni

FANTASY: TUTTO OK con p.es mixing dei neutrini + Higgs pesante (>200 GeV) + New heavy bound states….

Concludendo…

•Le misure NuTeV hanno fornito importanti stime a fondamentali parametri

fenomenologici e dello SM;

•Le misure di NuTeV hanno precisioni comparabili a quelle attuali dei fit EW;

•La tecnica sperimentale solida ed apparato sotto controllo;

•La deviazione dallo SM c’e` (punto!) Indica una

LH NC coupling ai qlight inferiore;

•Non c’e una motivazione che da sola basti per le 3

•Spiegazioni che sopravvivono sono collegate ad incertezze dei quark models e/o

possibile NP associata ai neutrini ed alle interazioni dei + qL…

•È un buon rasoio per i vari scenari di NP.

Guardando avanti…

• Servirebbero nuovi esperimenti su scattering di a basso Q² (finiti @ Tevatron)

• Dati a basso Q² in arrivo (SLAC E-158, Jlab elastic polar. ep, eD) ma su e non sui

• Ad alto Q²: si guarda ad Tevatron Run II ed LHC, ovviamente

• Atre possibili misure sui : Nomad, scatt. elastico anti-e, acceleratori dedicati (Super CHARM II…)

forse NuTeV è il primo esperimento ad aver imboccato un’altra strada

…chi vivrà vedrà!

BACKUP SLIDESBACKUP SLIDES

Incertezze: rivelatore, sistematiche e totaliMEMO:

sin²W~ 0.227

Stabilita’ di Rexp al variare dei tagli principali

# of NC candidates ev.

# of CC candidates ev.

Rexp Data/MC

Esempio della risposta degli Scint. Count.