Ricerca di Supersimmetriain eventi con due jet ad

alto PT aLHCMarino Romano

Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet

Sommario

Introduzione LHC e ATLAS Simulazione Analisi dati

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Le trasformazioni supersimmetriche trasformano uno stato bosonico in uno stato fermionico e viceversa

MSSM (Modello Standard Supersimmetrico Minimale)-Conservazione di R-parità:

-Cotenuto di particelle minimo

-Gruppo di simmetria di gauge dello SM

FermioneBosone

BosoneFermione

Q

Q

sLBR 2)(31

•Particelle SM: R=1

•Particelle SUSY: R=-1

•Particelle SUSY prodotte solo in coppie•La particella SUSY più leggera è stabile•La LSP sfugge dal rivelatore

Introduzione: Supersimmetria

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Scenario preso in esame

Introduzione: Modelli SUSY

Parametri Msugra

m0, m1/2, A0, tan, sign(

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Introduzione: obiettivo della tesi

Modello: mSUGRAModello: mSUGRA

Zona di sensibilità: MZona di sensibilità: Mgluinogluino>M>Msquarksquark

Ottimizzazione dei tagli per Ottimizzazione dei tagli per massimizzare la discriminazione del la discriminazione del segnale dal fondosegnale dal fondo

Scanning in mScanning in m00 e m e m1/21/2 e ricerca delle e ricerca delle

zone di sensibilità nel piano (mzone di sensibilità nel piano (m00,m,m1/21/2))

Example signal

Scan dello spazio dei parametri SUSY e studio di eventi a due jet

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Studi di supersimmetria richiedono tipicamente- Molti jet- Eventualmente uno o piu’ leptoni- Alta missing ET (nel caso di una LSP stabile)

Motivazioni:- Canali con bassa molteplicità di jet poco studiati fin’ora- Topologia semplice, canale adatto alle prime fasi della presa

dati a LHC

Principali fondi:- (Zν ν o Wl ν ) + jet- Processi QCD- top anti-top

Introduzione: il canale a due jet

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Anello di collisione lungo 27 km(ex-LEP) situato ~ 100 m sotto terranei pressi del CERN di Ginevra

pp Ecm(max) = 14 TeV

LHC (Large Hadron Collider)

L(max) = 1034 cm-2s-1

LHCbALICE

ATLAS

CMS

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Simulazioni: apparato software

-(Zν ν e Wl ν) + jetSUSY-HIT

MadGraph

Pythia 6

MadGraph

Pythia 6 Pythia 6 MC@NLO

Segnale Fondo

PGS

QCD ttbar

ppjjn1n1

Legenda:- Definizione dello scenario

(per laSUSY)- Generazione dell’hard

scattering- Parton shower ed

adronizzazione- Simulazione del rivelatore

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Simulazioni: scelta del punto mSUGRA

qg mm ~~ - Gluino non troppo massivo

Proibiti i decadimenti a cascata in gluini

Sette punti di benchmark per ATLAS: SU (1, 2, 3, 4,6, 8.1, 9)

Segnale a 2 jet favorito se:

-

SU4: ≈ 12 pb msquark, msgluino ≈ 400 GeV

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Simulazioni: generazione eventi

≈38000 diagrammi

Fondo

Inoltre sono stati generati campioni a più bassa luminosità di eventi W+jet, per studiare l’effetto del veto sui leptoni usato nell’analisi.Il contributo di questa sorgente è comunque trascurabile.

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Tagli di base

-Almeno due jet con PT>50 GeV in |η|<2.5

-Somma dei pt dei due jet piu’ energetici >500 GeV

-Angolo fra i due jet più energetici Δφ<150°

-nessun altro jet con pT > 50 GeV in | η|<3.5

-nessun leptone con pT > 20 GeV

Analisi dati: punto SU4

Parametri del punto SU4: m0 = 200 GeV, m1/2 = 160 GeV, A0 = -400 GeV, tanβ = 10 e µ> 0

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Analisi dati: punto SU4

Dopo preselezione

Variabile da massimizzare: significatività del segnale rispetto al fondo

2212

21 )( ppEEm jj

jj

jT

m

p 2

Variabili su cui effettuare lo scan dei tagli:

Massa invariante dei due jet più duri

Variabile α

Energia trasversa mancante

B

SS ˆ

QCD

Z

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Analisi dati: ottimizzazione tagli punto SU4Tagli che ottimizzano la significatività•Mjj>100 GeV• •ET mancante >100GeV a 100 pb-1

Fonti di sistematiche considerate (arXiv: 0901.0512):

-Jet energy scale (± 5%)

-Missing ET (±10%)

Incertezza Eventi segnale Eventi fondo

Selezione nominale 79 ± 3 32 ± 6

JES +5% 94 ± 3 (+19%) 47 ± 8 (+44%)

JET -5% 63 ± 3 (-19%) 29 ± 6

MET +10% 79 ± 3 (+0%) 32 ± 6 (+0%)

MET -10% 79 ± 3 (-0%) 28 ± 6 (-8 %)

Stat+sist ±19% +48% - 24%

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Regione non esclusa dagli esperimenti al LEP e TEVATRON

Analisi dati: scan in m0 e m1/2

Griglia 6x6 + interpolazione

•M0 da 60 a 660 GeV

•M1/2 da 130 a 330 GeV

•A0, segno di µ e tanβ fissi (ai valori del punto SU4)

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Analisi dati: scan in m0 e m1/2

Sezione d’urto totaleEfficienza di selezione (tagli ottimizzati)

M0

M1/2

(pb)Efficienza

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Analisi dati: regioni di sensibilità e impatto delle sistematiche

mgl

uino

=msq

uark

Sist - Sist +

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Analisi dati: risultati a diverse luminosità

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Oggetto della tesi: uno studio per la rivelazione di possibili segnali di supersimmetria utilizzando eventi a due jet ad alto impulso trasverso.

La generazione dei campioni montecarlo usati per segnalee fondo e' stata completamente fatta “in casa” mettendoin piedi una catena completa

Lo studio ha dismotrato buona sensibiltà per largheporzioni dello spazio dei parametri mSUGRA dove Msquark < Msgluino

Sensibile a squark di massa fino a 700 GeV a L=100 pb-1 (limite attuale circa 400 GeV)

Le principali incertezze sistematiche sono state considerateed hanno un impatto non drammatico sulle regioni di sensibilita'

Studio valido negli altri punti di benchmark (a meno di un fattore ≈6 di luminosità)

Conclusioni

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Slides di Backup

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Confronto fra apertura del cono 0.4 e 0.7

PGS

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Stabilizzazione della massa dell’higgs

Inoltre…

-Permette l’unificazione delle interazioni di gauge

-La LSP può spiegare l’origine della materia oscura fredda non barionica

22

222

UVfH

UVSH

m

m

Supersimmetria: motivazioni (slide di backup)

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PGSCard usata

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Analisi dati: ottimizzazione tagli punto SU4

Significatività del segnale in funzione dei tagli in MET e per diversi tagli in mjj (da 50 a 300 GeV)

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Analisi dati: scan in m0 e m1/2Livelli di esclusione a 3 e 5 σ

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Rivelatore interno

Misura i parametri delle particelle cariche:

• segno della carica• momento della particella• direzione iniziale• vertice di interazione

Calorimetro elettromagnetico

Misura energia dielettroni, positronie fotoni prodotti dasciami elettromagnetici

Calorimetro adronico

Misura energia degli adroni prodotti dasciami adroniciSpettrometro di muoniMisura l’ impulso dei muoni (che sono le uniche particelle cariche che non rilasciano energia nei calorimetri)

Il rivelatore ATLAS

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Simulazioni: scelta del punto mSUGRA

0101 ''~~ qqqqpp

Con )}s(s),d(du),u((ud),(dd),{(uu),)(qq’

Circa 100 diagrammi

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Analisi dati: alcune sistematicheUniche fonti di sistematiche considerate (arXiv: 0901.0512):

-Jet energy scale (± 5%)

-Missing ET (± 10%)

Incertezza Eventi segnale Eventi fondo

Selezione nominale 79 ± 3 32 ± 6

JES +5% 94 ± 3 (+19%) 47 ± 8 (+44%)

JET -5% 63 ± 3 (-19%) 29 ± 6

MET +10% 79 ± 3 (+0%) 32 ± 6 (+0%)

MET -10% 79 ± 3 (-0%) 28 ± 6 (-8 %)

Stat+sist ±19% +48% - 24%

Regione centraledel barrel

Regione degli end-caps

Il rivelatore ATLAS