Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 1

Dati LEP SM - sommario

• tutti i dati di LEP (LEP I, LEP II, tutti gli esperimenti) sono confontati con il modello standard (SM) (*);

• passi successivi :a) compatibilità tra esperimenti;b) fit comune “misura” (vedi § LEP I, ex. mZ);

c) confronto con SM ( “accordo misure - teoria”);d) predizione (“misura”) di parametri relativi a particelle non [ancora]

accessibili sperimentalmente (ex. mH, oppure mt);

e) stessa procedura, incorporando altri esperimenti (CDF, D0, SLD, , ...).

• in realtà tutto è matematicamente calcolato in un solo passo, minimizzando una funzione dei dati e dei parametri teorici, che tiene conto delle correlazioni sperimentali.

[alcuni dati – ex. -polarizzazione, asimmetrie di SLD - omessi in questa presentazione]

(*) CERN-EP/2001-098; December 17, 2001

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la “lineshape” a LEP I

[si chiama “lineshape” la sezione d’urto ƒ(s), ove ƒ è uno dei canali di decadimento dello Z, e+e-, +-, +-, adroni]

• la lineshape mostra il caratteristico andamento a campana, dovuto alla risonanza [i.e. formazione di uno Z nel canale s];

• [come spiegato in precedenza] dalla forma/altezza della campana nei vari canali, si misurano :

massa e larghezza totale dello Z; numero di neutrini; accoppiamenti elettrodeboli.

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Sezioni d’urto differenziali

Dalle sezioni d’urto differenziali d(e+e-ƒƒ’) / dcos, per i vari fermioni, in funzione di s, si possono misurare :

asimmetrie avanti-indietro [differenti per e+e- rispetto a +-, +-, adroni]; accoppiamenti gv, ga.

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Dati - LEP I ( |s-mz| < 3 GeV)

• l+l- ~1.7 M;• qq ~15.5 M;¯

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Dati - LEP II ( 130 < s < 209 GeV)

Year Nominal Actual LuminosityEnergy Energy (GeV) (GeV) (pb-1)

1995 130 130.2 ~3136 136.2 ~3

1996 161 161.3 ~10172 172.1 ~10

1997 130 130.2 ~2136 136.2 ~2183 182.7 ~50

Year Nominal ActualLuminosity

Energy Energy (GeV) (GeV) (pb-1)

1998 189 188.6 ~170

1999 192 191.6 ~30196 195.5 ~80200 199.5 ~80202 201.6 ~40

2000 205 204.9 ~80207 206.7 ~140

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misure (1 - LEP I)

• massa dello Z : mZ = 91.1875 0.0021 GeV;• larghezza Z = 2.4952 0.0023 GeV;• numero di neutrini leggeri N = 2.9841 0.0083;• asimmetrie leptoniche al polo (A0,ℓ

fb) vs larghezze parziali (R0

ℓ=had /ℓ) : le linee sono 68% di probabilità; le linee punteggiate sono per i singoli leptoni, quella continua assume

universalità leptonica; la frecce in mt e s corrispondono a 1 mentre per mH ai valori 114,

300, 1000 GeV.

• larghezze parziali al polo in quark b,c (R0b/c=b/c /had):

le ellissi sono 68% di probabilità; “SM” indica il valore predetto, la freccia è ±1 in mt; [ricordare nel 199x ... tante teorie ...].

2.1 2.1

5.2 5.2

fit fit

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mZ

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Lineshape - risultati del fit - 1

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Lineshape - risultati del fit - 2

inv / ℓℓ = 5.942 .016;

[ /ℓℓ ]SM = 1.9912 .0012;

N = 2.9841 .0083.

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misure di mZ, Z nel tempo

90.5

90.6

90.7

90.8

90.9

91.0

91.1

91.2

91.3

1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001

m(z)

91.15

91.16

91.17

91.18

91.19

91.20

1993 1995 1997 1999 2001

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errori calcolati su mZ, Z nel tempo

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001

errors (GeV)

m(z)

gamma(z)

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2.1 - asimmetrie leptoniche al polo (A0,ℓ

fb) vs larghezze parziali (R0

ℓ=had /ℓ)

• le ellissi contengono il 68% di probabilità;

• le linee punteggiate sono per i singoli leptoni, quella continua assume universalità leptonica;

• la frecce in mt e s corrispondono a 1 mentre per mH ai valori 114, 300, 1000 GeV.

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5.2 - Larghezze parziali al polo in

quark b,c (R0

b/c=b/c /had)

• le ellissi contengono il 68% di probabilità;

• “SM” indica il valore predetto, la freccia è ±1 in mt;

• [ricordare nel 199x ... tante teorie ...].

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misure (2 - LEP II)

• Sezioni d’urto in +-, +-, adroni a LEP II [s’ = m2(f f’)];

• Sezioni d’urto differenziali e asimmetrie leptoniche in funzione di s (Aℓ

fb);

• le (W+W-) e (ZZ);

• mW, W, BR(Wleptons, hadrons) ;

– mW = 80.450 0.026 0.030 GeV;

– W = 2.150 0.068 0.060 GeV.

8.1 8.1

9.1/3

9.4

9.1/3

9.4

8.3

8.2

8.3

8.2

11.2

11.3

11.2

11.3

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8.1

8.1 - Sezioni d’urto in +-, +-, adroni a

LEP II

[s’ = m2(ff’)]

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8.2-3 - Sezioni d’urto differenziali e asimmetrie leptoniche in funzione di s (Aℓfb)

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(W+W-), (ZZ)

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mW, W :mW = 80.450 0.026 0.030

GeV;W = 2.150 0.068 0.060 GeV.

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mf = 0, tree-level :BRℓ = 1/9 = 11%;

BRhadr = 6/9 = 67%.

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misure (3 - Tevatron)

• massa m W (con tutte le misure mondiali);

• mW vs mtop (confronto con LEP II);

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misure di mW,

dal 1988 ad oggi

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mW vs mtop Fermilab vs LEP

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fit nel MS (1)

• Accoppiamenti gA e gV per leptoni, quark pesanti;

• Angolo di Weinberg (sin2ℓeff);

• accordo generale (misure LEP teoria).

12.2

12.3

12.2

12.3

pulls pulls

12.4 12.4

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accoppiamenti gA e gV per

leptoni

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accoppiamenti gA e gV per quark pesanti

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Angolo di Weinberg (sin2ℓ

eff)

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accordo generale(misure LEP

teoria)

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pull = (misura-SM) / errore

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“predizioni” nel MS (1)

variazione di

• [sin2lepteff] vs [l] in funzione di mt e mH,

• [mW] vs [mt] in funzione di mH,

• [mW] vs [mH], [mt] vs [mH],

• valore di 2(fit) in funzione di mH;

• sensibilità dei parametri del MS a mH.

13.1 13.1

13.3

13.4

13.3

13.4

13.2 13.2

13.6

13.8

13.6

13.8

!!!

13.5 13.5

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[sin2ℓeff] vs [ℓ]

in funzione di mt e mH

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[mW] vs [mt] in funzione di mH

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[mW] vs [mH], [mt] vs [mH]

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“misura” di mH nello SM

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sensibilità dei parametri del MS a mH

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la figura di LEP più

citata (assieme alla risonanza

dello Z)

2(fit) in funzione di mH

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Fine - fit SM a LEP