Ricerca del Bosone di Higgs a LHC

Landau Pole: la costante di accoppiamento diventa infinita

Higgs Width vs MHiggs

Per alte masse diventa indefinito

I diagrammi con H cancellano la crescita quadratica del primo diagramma

Se non esiste l’Higgs, deve esistere qualcosa di analogo !!!

Ricerca del Bosone di Higgs al LEP

e+

e-

Zo *

Zo

Ho

b

b

X

X

Ecmmax = 207 GeV

MHmax ~ Ecm

max - Mzo ~ 116 GeV

B-tag

Poisson Statistics: probability of obtaining k events if λ events are expected on average (the mean):

P(k,λ) = e-λ ·λk

k!

Probabilita’ di osservare n candidati, ognuno con xj di una certa variabile discriminante (es. Massa, lunghezza di decadimento, etc, nell’ipotesi segnale + fondo ):

n

jj

nbs

Pn

bse

1

)(

!

)(Pj = probab. che il candidato j abbia il valore xj

bs

xBbxSsP jjj

)()(Dove S(xj) e B(xj) sono la probab. che xj sia segnale o fondo.

)( jxSs e’ il numero di eventi di segnale con valore xj, etc…

n

j jj

jjs

xBb

xSse

bL

bsLsQ

1 )(

)(1

)(

)()(

n

jjwsQ

1

ln wj e’ un peso a seconda che l’evento sia piu’ signal-like o background-like

Genero Q nell’ipotesi di solo fondo.

Genero Q nell’ipotesi segnale + fondo

Li confronto con Q osservato (un valore)dove s e’ calcolato nell’ipotesi di solo fondo

Idea di base: verificare se I datiosservati sono piu’ compatibili con una ipotesi di solo fondo, odi segnale piu’ fondo

observed

observed

Q = Ls+b/Lb Likelihood con ipotesi di segnale + background

Likelihood con ipotesi di solo segnale

http://lephiggs.web.cern.ch/LEPHIGGS/papers/LEP-SM-HIGGS-PAPER/index.html(ci si arriva da Lep Electroweak Working Group webpage)

Il “segnale” visto dal LEP

Pesi degli eventi “Higgs-like”

•Limite superiore alla sezione d’urto per produzione di Higgs, Rlim

(Se non ho abbastanza sensibilita’, posso dire che σobs(Higgs, 95 CL) < X, al 95 % CL.)

•Confronto con σ(Higgs SM), ovvero X = σ(Higgs SM).

•Rlim = σ(Higgs, 95 CL)/σ(Higgs SM) vs MH

•Se Rlim < 1 si esclude la produzione di Higgs, rispetto al Modello Standard

Un modo alternativo di mostrare i plot di esclusione

Limite attuale del Tevatron

And below 115 GeV ?!?!?!

Tevatron per MH < 150 GeV

LLR = Ls+b/Lb

X-sec ~ 1 fb 100 event = 100 fb-1

LHC e’ una macchina di gluoni

Parton DistributionFunctions nel protone

La produzione da gluoni e’ dominante a LHCSe

z. d

’urt

o di

pro

duzi

one

(fb)

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

Accoppiamenti dell’Higgs:

gHVV ~ m2V (1/sin 2Ɵw per le W)

gHff ~ mf

22

H→gg

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

Raro ma in linea di principio facile da identificare

Ht

t

g

g

30 fb-1

Mass measurement at the level of 100-200 MeV is possible with

enough luminosity

N.B. Nel run appena iniziato e’ previsto 1 fb-1 (a 7 TeV)

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

26

ttH, H→bb Grande sezione d’urto, ma fondi altissimi.Riservato ai maniaci, e solo se l’higgs e’gia’ stato scoperto

27

ttH in CMS : Working point 60fb-1

Studies three final states:

fully hadronic :ttH -> bbbbqqqq

fully leptonic :ttH -> bbbblnulnu

Semi-leptonic:ttH -> bbbbqqlnu (l=e or mu)

CMS, ttH, H→bb, 60fb-1

qqH , H→tt

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

Un ragionevole compromesso fra sez. d’urto e fondo

In CMS with early data of 1fb-1 only an upper limit on the cross section can be established.

(Worse at 7 TeV)

30

H→W W

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

Canale migliore per MH ~ 2 Mw

H

W

W*

Kinematic distributions of signal and background events:

A low lepton pair Δφ and invariant mass is expected for the signal events compared to backgrounds,

After all selection cuts there are 31 events of emu signal and 31 background at 1fb-1

Masses lower or higher than m(H)=160GeV leave less signal and more background.

1)Cut-based analysis:W lν, l = e, µ

The neural net analysis gives better results than cut based analysis:

At 1 fb-1 with m(H)=160GeV,

Cut based analysis : S/B=70/70,

NN analysis : S/B=67/37

2) Multivariate analysis:

Best range

35

H→ZZ

H

Z

Z*

Bran

chin

g Ra

tio d

i dec

adim

ento

Canale piu’ pulito per alte masse

Higgs boson candidate mass at preselection level (@ 1 fb-1)

Selection cuts

Ricostruzione massa Z e Z*

Ricostruzione massa H

H→ZZ, 1fb-1

@14 TeV !!!

Quasi escluso !

M. Diemoz Roma 07-04-2010

1 fb-1 esclusione 145-190 GeV

Previsioni a 1 fb-1