Il processo di fusione di bosoni vettori in CMS

Sara Bolognesi

Universita’ di Torino e CMS (CERN)

Congresso SIF, Torino 19 Settembre 2006

Fusione di Bosoni Vettoricanale ottimale per lo studio dell’ElectroWeak

Higgs visibile come risonanza nello spettro

in assenza dell’Higgs si ha violazione dell’unitarieta’ a ~ 1 TeV

NUOVA FISICA deve apparire!!S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20061

VV → VV

(V = W / Z)2 2

2 2 2

1

H H

s ts t

v s m t m

A (WLWL → WLWL)

Symmetry Breaking Mechanism:

V

V V

V

L’osservabile

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20062

Molti diversi modelli alternativi al meccanismo di Higgs, nessuno vincente

benchmark scenario = previsioni del MS in assenza Higgs

(approccio conservativo)

M(H) = 300 GeVM(H) = 500 GeVM(H) = 700 GeVNo Higgs

Se MH > 2MV, VBF e’ il canale privilegiato di scoperta dell’Higgs

Anche in caso di scoperta dell’Higgs a bassa massa, il VBF permettera’ di verificare che il meccanismo dell’EWSB sia quello previsto dal Modello Standard

xsec VS M(VV)

La cinematica

3

p

pq

q

V

V

V

V

q tag

q tag

f1

f2

f3

f4

2 quarks ad alta pseudorapidita’ e molto energetici (quarks tag)

2 bosoni centrali ad alto impulso trasverso (VV -> 4 fermioni)

energia:

impulso trasverso

pseudorapidita’: bosoni

quark tag

(risultati partonici dal canale qq->qqqq

fi dai bosoni

quark tag

(normalizzazione arbitraria)

Lo stato finale

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20064

Diversi canali in studio:

qq -> qqVW -> qqqq / eqq -> qqVZ -> qqqq / ee

qq -> qqZW -> qq

qq -> qqWW -> qq

semileptonici

totalmente leptonici

qq -> qqZZ -> qq

semileptonico: qqqq

leptonico: qqleptonico: qq(ZW->ZW senza la risonanza dell’Higgs)

xsec (segnale No Higgs)

M(H) = 500 GeV

158 fb

16.4 fb

1.20 fb

9.52 fb

0.701 fb

(segno opposto) 4.30 fb

(stesso segno)

Le potenzialita’ di CMS

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20065

Le problematiche sperimentali

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20066

Come stiamo affrontando le problematiche sperimentali legate a questo canale

• Simulazione del rivelatore preliminare

A LIVELLO PARTONICO

DOPO LA SIMULAZIONE DEL RIVELATORE ED I TAGLI DI ANALISI

• Analisi non ancora ottimizzate

• Sviluppato un nuovo generatore MC (Phantom*)

elemento di matrice esatto al LO (EW6) per il

segnale (+ fondo irriducibile)

ordine di grandezza affidabile

alcuni risultati preliminari:

*JHEP 07 (2005) 016

I “quarks tag”

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20067

Pseudorapidita’ piccata a +/- 2.5 (= 170 deg)

2tanln

ampia accettanza CMS HCAL (HF ||<5)

• efficienza ~ 65%

• risoluzione sull’ energia ~ 15%

= 0

= 1

= 2

= 3 = 4

richiesti 2 jets con PT> 30 GeV

individuiamo i jets giusti nel 47% dei casi

• purezza

Risultati dopo la ricostruzione dei jets ed i tagli di analisi per i canali semileptonici

V → qq → jets

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20068

Negli stati finali semileptonici si ricostruisce la massa invariante di un bosone decaduto adronicamente

parton shower ed adronizzazione dello stato finale (modellistica)

clusterizzazione dei segnali calorimetrici (simulazione del rivelatore)

• efficienza ~ 57 %

• risoluzione M(V→qq) ~ 25%

• purezzaindividuiamo i jets giusti nel 34 % dei casi

jets dal bosone con PT > 30 GeV

I neutrini Nei canali con stato finale ad un neutrino si puo’ ricostruirne la cinematica:

si utilizzano diverse variabili cinematiche per separare il fondo dal segnale

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20069

• PT ~ Energia Trasversa Mancante

• PZ si calcola imponendo M() = MW

(canale semileptonico: risoluzione ~ 30%)

Nel canale con stato finale a due neutrini (qq) non si puo’ ricostruire la massa invariante dei bosoni vettori e dell’Higgs

muoni

livello partonico

(normalizzazione arbitraria)

(canale semileptonico: risoluzione ~ 40%)

M(H) = 165 GeV

segnale

fondo irriducibile

I leptoni (/e) [1]

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/200610

Trigger su leptoni ad alto PT

livello partonico

PT leading lepton

valori indicativi (tratti dalle tavole di trigger preliminari per bassa luminosita’)

(normalizzazione arbitraria)

No Higgs

PT >14 GeV PT > 29 GeV

MUONI ELETTRONI

Level 1

PT >19 GeV PT > 29 GeV HLT

+ altri trigger (dimuon, MET, jet)

(trigger hardware con scarsa risoluzione)

(trigger software con buona risoluzione)

*

*

qqqql

qqqqll

qqll

qqlll

I leptoni (/e) [2]

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/2006

risoluzione: Z → lep lepZ → ee

Z → 2 %Z → ee 10 %

Z →

stato finale qq

stato finale qqqqee

11

Conclusioni

Canale strategico: sonda privilegiata per l’EWSB (con o senza Higgs)

Cinematica promettente

Necessaria buona conoscenza di molti sottorivelatori e delle sistematiche sperimentali coinvolte

combinazione di diversi canali:

~ 1 ÷ 5 anni ad alta luminosita’

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/2006

• crosscheck fra diverse sistematiche• aumento della statistica disbonibile

interazione fra diversi

gruppi

zzz..

12

Un ringraziamento sentito a tutti i gruppi coinvolti per l’ottima collaborazione !!

TORINO Teorici:Ballestrero, Bevilacqua, Belhouari, Maina

Sperimentali:Amapane, Bellan, Bolognesi, Cerminara, Mariotti, Mila, Petrillo

MILANO Govoni, Tancini

PADOVA Torassa

BRASILE: Sznajder, Buarque Franzosi

I fondi

Per ora ci siamo concentrati sulla ricostruzione del segnale e sul fondo irriducibile

SEGNALE qqVV

FONDI

jjVV

(processo puramente elettrodebole)

jets da processi QCD

V + n jets

tt -> WbWb

fondo irridudicibile (processi EW con stesso stato finale del segnale)~ 3 ×

segnale

~ 102 × segnale

~ 50 × segnale

~ 104 × segnale

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20061 Backup

(n=1,2,3,4)

Higgs @ LHC

S.Bolognesi,

SIF Torino 19/09/20062 Backup

PRODUZIONE

DECADIMENTO

Quarks tag garantisconola reiezione del fondo con buona efficienza