L’ESPERIMENTO NuTeV (Fermilab experiment 815)
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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
qqrqqRLg
rgR
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.