Ricerca di nuova fisica in CMS Mario Galanti Università e INFN - Catania.

Ricerca di nuova fisica in Ricerca di nuova fisica in CMSCMS

Mario GalantiMario Galanti

Università e INFN - CataniaUniversità e INFN - Catania

Mario GalantiMario Galanti IFAE 2005 – CataniaIFAE 2005 – Catania 22

SommarioSommario

Problematiche generaliProblematiche generali Trigger e strumentiTrigger e strumenti Strategie di ricercaStrategie di ricerca

• mSUGRAmSUGRA• Modelli alternativiModelli alternativi

Non parlerò diNon parlerò di• Ricerche esclusive (v. talk precedente)Ricerche esclusive (v. talk precedente)• Extra dimensions & Co. (v. talk Extra dimensions & Co. (v. talk

successivi)successivi)

Problematiche generaliProblematiche generali


Fisica oltre il Modello StandardFisica oltre il Modello Standard Problema principale delle ricerche di nuova Problema principale delle ricerche di nuova

fisica:fisica:• Esistono molti modelli (sia supersimmetrici sia non) Esistono molti modelli (sia supersimmetrici sia non)

consistenti con i dati in nostro possessoconsistenti con i dati in nostro possesso Esperimenti in acceleratori a “bassa” energia (LEP, Esperimenti in acceleratori a “bassa” energia (LEP,

Tevatron)Tevatron) Vincoli cosmologici (WMAP, dark matter, ...)Vincoli cosmologici (WMAP, dark matter, ...)

• Ciascun modello presenta parametri liberiCiascun modello presenta parametri liberi Per il MSSM NPer il MSSM Nparspars ≈ 100 ≈ 100

• Ciascun modello (mSUGRA, GMSB, little Higgs, Ciascun modello (mSUGRA, GMSB, little Higgs, ecc.) prevede spettri di massa con caratteristiche ecc.) prevede spettri di massa con caratteristiche molto diversemolto diverse

Nel seguito parlerò soprattutto di mSUGRA Nel seguito parlerò soprattutto di mSUGRA


Ricerche di nuova fisicaRicerche di nuova fisica

Ricerche inclusive:Ricerche inclusive:• Cercare un eccesso nel numero di eventi Cercare un eccesso nel numero di eventi

osservati rispetto al fondo SM previstoosservati rispetto al fondo SM previsto Ricerche esclusive:Ricerche esclusive:

• Studiare dettagliatamente i singoli Studiare dettagliatamente i singoli processi fisici e ricostruire le nuove processi fisici e ricostruire le nuove particelleparticelle Ricostruzione delle catene di decadimentoRicostruzione delle catene di decadimento Misure dello spettro delle masse (v. il talk di Misure dello spettro delle masse (v. il talk di

Tommaso)Tommaso)


Ricerche inclusiveRicerche inclusive Strategia generaleStrategia generale

• Riuscire ad osservare eccessi di eventi rispetto Riuscire ad osservare eccessi di eventi rispetto alle previsioni dello SMalle previsioni dello SM

In fase di preparazione dell’esperimento:In fase di preparazione dell’esperimento:• Analizzare i vari modelli disponibiliAnalizzare i vari modelli disponibili• Trovare le segnature migliori Trovare le segnature migliori • Fare uno “scan” dello spazio dei parametri e Fare uno “scan” dello spazio dei parametri e

trovare la significatività di S/B in ogni punto.trovare la significatività di S/B in ogni punto. In fase di analisi dei dati:In fase di analisi dei dati:

• Cercare differenze significative tra NCercare differenze significative tra Nevev previsti previsti e effettivamente osservati, per le varie e effettivamente osservati, per le varie segnature studiatesegnature studiate

•Coprire tutte le Coprire tutte le possibili topologie di possibili topologie di eventoevento

•Successivamente, Successivamente, cercare di distinguere cercare di distinguere tra i vari modellitra i vari modelli

•Early discovery: Early discovery: rivelatore non calibrato rivelatore non calibrato e/o incompleto (v. e/o incompleto (v. dopo)dopo)


SUSY al LHCSUSY al LHC Squark e gluini hanno alta Squark e gluini hanno alta σσprodprod al LHC, poiché al LHC, poiché

queste particelle sono dotate di interazione fortequeste particelle sono dotate di interazione forte• Catene di decadimento lungheCatene di decadimento lunghe

Segnature caratteristicheSegnature caratteristiche Jet ad alto PJet ad alto PTT

Leptoni ad alto PLeptoni ad alto PTT

Se la parità R è conservata: Se la parità R è conservata: • alta Ealta ETT

MissMiss

Se c’è violazione della parità R,Se c’è violazione della parità R,possibile il decadimento possibile il decadimento χχ11

00jjjjjj• Minore EMinore ETT

MissMiss, alta molteplicità dei jet, alta molteplicità dei jet Necessario predisporre diverse strategie per i vari Necessario predisporre diverse strategie per i vari

scenari possibiliscenari possibili

~~

Tools e triggerTools e trigger


Il trigger di CMSIl trigger di CMS Riduzione del rate di eventi daRiduzione del rate di eventi da

O(100 MHz) a O(100 Hz)O(100 MHz) a O(100 Hz) Vari livelli di triggerVari livelli di trigger

• L1 implementato in hardwareL1 implementato in hardware(100 MHz (100 MHz 100 KHz) 100 KHz) Prende informazioni dai calorimetri e dalle Prende informazioni dai calorimetri e dalle

camere per muonicamere per muoni Fornisce candidati per e, Fornisce candidati per e, μμ, , ττ e e γγ, jet, , jet,

numero di jet, Enumero di jet, ETT

• HLT implementati in softwareHLT implementati in software(100 KHz (100 KHz 100 Hz)100 Hz) Informazioni da tutto il rivelatoreInformazioni da tutto il rivelatore


Trigger per SUSY:Trigger per SUSY:punti di benchmarkpunti di benchmark

6 punti di benchmark scelti per testare il trigger di CMS6 punti di benchmark scelti per testare il trigger di CMS• Rappresentano diversi scenari difficili per il triggerRappresentano diversi scenari difficili per il trigger

Solo dei “case studies”, non test esaustivi per valori Solo dei “case studies”, non test esaustivi per valori qualsiasi dei parametriqualsiasi dei parametri

PuntoPunto mm00 (GeV)(GeV)

mm1/21/2 (GeV)(GeV)

σσ (pb) (pb)

44 2020 190190 181181

55 150150 180180 213213

66 300300 150150 500500

77 250250 10501050 0.0170.017

88 900900 930930 0.0220.022

99 15001500 700700 0.0590.059

Low Mass (LM): Low Mass (LM): - Bassa E- Bassa ETT

MissMiss

- Particelle a basso P- Particelle a basso PTT

High Mass (HM): High Mass (HM): - Sparticelle con alta - Sparticelle con alta massamassa- σ- σprodprod molto basse molto basse 4, 5 e 6 esclusi dal LEP, ma utili lo stesso per testare 4, 5 e 6 esclusi dal LEP, ma utili lo stesso per testare

le prestazioni del triggerle prestazioni del trigger Gli stessi punti studiati anche per il caso di parità R Gli stessi punti studiati anche per il caso di parità R

violata, con violata, con χχ1100jjjjjj~~

AA00 = 0, tan = 0, tanββ = 10, = 10, μμ > 0 > 0


Strategie di triggerStrategie di triggerTrigger studiatiTrigger studiati

Punti LM:Punti LM:• Caso low-lum (se SUSY è qui, scoperta Caso low-lum (se SUSY è qui, scoperta subito)subito)

• Trigger L1: Trigger L1: 3 jet (E3 jet (ETT > 86 GeV) > 86 GeV)1 jet (> 79 GeV) +E1 jet (> 79 GeV) +ETT

MissMiss > 46 GeV > 46 GeV• HLT:HLT:

1 jet (> 180 GeV) +E1 jet (> 180 GeV) +ETTMissMiss > 123 GeV > 123 GeV

4 jet (E4 jet (ETT > 113 GeV) > 113 GeV) Per i punti HM:Per i punti HM:

• Caso high-lum (punti a bassa Caso high-lum (punti a bassa σσ, serve , serve alta ∫L)alta ∫L)

• Trigger L1: Trigger L1: 3 jet (E3 jet (ETT > 111 GeV) > 111 GeV)1 jet (> 113 GeV) +E1 jet (> 113 GeV) +ETT

MissMiss > 70 GeV > 70 GeV• HLT:HLT:

EETTMissMiss > 239 GeV > 239 GeV

4 jet (E4 jet (ETT > 185 GeV) > 185 GeV)

La violazione della parità R comporta La violazione della parità R comporta un maggiore Nun maggiore Njetjet e minore E e minore ETT

MissMiss


Prestazioni del triggerPrestazioni del trigger

Se la parità R è conservata, i Se la parità R è conservata, i trigger con Etrigger con ETT

MissMiss hanno hanno efficienza abbastanza altaefficienza abbastanza alta

Degradazione per il caso di Degradazione per il caso di violazione della parità Rviolazione della parità R

• I trigger di n jet compensano, I trigger di n jet compensano, soprattutto per i punti HMsoprattutto per i punti HM

4 jet, E4 jet, ET T > E> ETTMinMin 1 jet + E1 jet + ETT

MissMiss > E> ETT

MinMin

Risultati a bassa luminositàRisultati a bassa luminosità

PuntoPunto

44 55 66 4R4R 5R5R 6R6R

L1L1 9292 9292 8585 9494 9393 8787

HLTHLT 6969 6868 4444 4646 4141 2626

Efficienze cumulative (%)Efficienze cumulative (%)

Risultati ad alta luminositàRisultati ad alta luminositàEfficienze cumulative (%)Efficienze cumulative (%)

PuntoPunto

77 88 99 7R7R 8R8R 9R9R

L1L1 9090 9898 9494 100100 100100 100100

HLTHLT 8585 9292 7676 9090 8888 6464


Strumenti softwareStrumenti software Cambio di tutti i tool softwareCambio di tutti i tool software

(Fortran(FortranC++)C++)• OSCAR (simulazione)OSCAR (simulazione)• ORCA (ricostruzione)ORCA (ricostruzione)• FAMOS (simulazione+ricostruzione veloci)FAMOS (simulazione+ricostruzione veloci)

Molta enfasi attualmente sullo sviluppo e Molta enfasi attualmente sullo sviluppo e sulla validazione di questi nuovi strumentisulla validazione di questi nuovi strumenti

• Sviluppare e raffinare gli algoritmi di Sviluppare e raffinare gli algoritmi di ricostruzionericostruzione

• (Relativamente) pochi canali di fisica studiati(Relativamente) pochi canali di fisica studiati Servono anche come banchi di prova per questi Servono anche come banchi di prova per questi

strumenti strumenti Successivamente:Successivamente:

• Rifare le analisi eseguite con i vecchi tool Rifare le analisi eseguite con i vecchi tool • Studiare i canali attualmente scopertiStudiare i canali attualmente scoperti

mSUGRAmSUGRA


mSUGRAmSUGRA Riduzione del numero dei parametri rispetto a MSSMRiduzione del numero dei parametri rispetto a MSSM

• Unificazione dei parametri alla scala GUT (Unificazione dei parametri alla scala GUT (~M~MPlanckPlanck)) Parità R Parità R PPRR=(-1)=(-1)3(B-L)+2s3(B-L)+2s

• LSP stabile (neutralino)LSP stabile (neutralino) Parametri liberi: Parametri liberi:

• mm1/21/2, m, m00, tan, tanββ, sign(, sign(μμ) e A) e A00

• Risultati dati in funzione di (mRisultati dati in funzione di (m1/21/2, m, m00), per ), per valori fissati degli valori fissati degli altri tre parametrialtri tre parametri

• Le RGE traducono i valori delle masse dalla scala GUT a Le RGE traducono i valori delle masse dalla scala GUT a quella EWquella EW

Relazioni (approssimate) tra le masse:Relazioni (approssimate) tra le masse:• M(g)≈3M(M(g)≈3M(χχ11

±±) ) ≈M(≈M(χχ2200) ) ≈2M(≈2M(χχ11

00))• M(g)≈M(qM(g)≈M(q) ) >M(>M(χχ))

Resta una grossa indeterminazione nello spettro Resta una grossa indeterminazione nello spettro delle massedelle masse

~~ ~~ ~~ ~~~~ ~~ ~~


Punti di benchmark di mSUGRAPunti di benchmark di mSUGRA

Point

m 0

(GeV)

m 1/2

(GeV)

tan(β)

sign(μ)

A 0

LM1 60 250 10 + 0.

LM2 175 350 35 + 0.

LM3 330 240 20 + 0.

LM4 210 285 10 + 0.

LM5 230 360 10 + 0.

LM6 85 400 10 + 0.

LM7 3000 230 10 + 0.

LM8 500 300 10 + -300

LM9 1450 175 50 + 0.

HM1 180 850 10 + 0.

HM2 350 800 35 + 0.

HM3 700 800 10 + 0.

HM4 1350 600 10 + 0.

• LM1, LM2 e LM6 strettamente compatibili con le ultime LM1, LM2 e LM6 strettamente compatibili con le ultime misure sulla materia oscura (WMAP)misure sulla materia oscura (WMAP)

• Uguali a B’, I’ e C’ (M. Battaglia et al., Uguali a B’, I’ e C’ (M. Battaglia et al., hep-ph/0306219)hep-ph/0306219)

• Gli altri LM compatibili abbandonando la condizione Gli altri LM compatibili abbandonando la condizione di universalità del parametro di massa dell’Higgsdi universalità del parametro di massa dell’Higgs

• M(g) > M(q)M(g) > M(q)

• Dominante il decadimento gDominante il decadimento gq+qq+q

• M(g) < M(q) tranne che per b o tM(g) < M(q) tranne che per b o t

• Dominante il decadimento g Dominante il decadimento g b+b (t+t) b+b (t+t)

• M(g) < M(q)M(g) < M(q)

• q pesanti, anche oltre (LM7) la zona visibileq pesanti, anche oltre (LM7) la zona visibile

• Importanti qImportanti qq+g e il decadimento in 3 corpi del gq+g e il decadimento in 3 corpi del g

• Varie topologie possibili per i decadimenti dei Varie topologie possibili per i decadimenti dei χχ

• χχ2200ℓ+ℓ, ℓ+ℓ, χχ22

00ℓ+ℓ+ ℓ+ℓ+ χχ1100, , χχ22

00ZZ00+ + χχ1100, , χχ22

00hh00+ + χχ1100, etc…, etc…

• χχ11++ ℓ+ ℓ+νν, , χχ11++ ℓ+ ℓ+νν+ + χχ1100, , χχ11++ W W++++χχ11

00, etc…, etc…

~~ ~~

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Ricerche inclusiveRicerche inclusive

Tagli di preselezione:Tagli di preselezione:• EETT

MissMiss > 200 GeV > 200 GeV

• ≥ ≥ 2 jets con P2 jets con PTT > 40 GeV > 40 GeV

Fondi considerati: tt, Zj, Wj, QCD(incl. bb)Fondi considerati: tt, Zj, Wj, QCD(incl. bb) Eventi classificati in base a NEventi classificati in base a Nleplep::

• 0ℓ, 1ℓ, 2ℓOS, 2ℓSS, 3ℓ, ecc.0ℓ, 1ℓ, 2ℓOS, 2ℓSS, 3ℓ, ecc.

Scan del piano (mScan del piano (m00, m, m1/21/2) con tagli aggiuntivi) con tagli aggiuntivi• Distribuzioni dei leptoni simili tra sig e bkgDistribuzioni dei leptoni simili tra sig e bkg• Utili ulteriori tagli su NUtili ulteriori tagli su Njetsjets, E, ETT

MissMiss ed E ed ETTjetjet

Punti di Punti di mSUGRAmSUGRA

Valori dei tagliValori dei tagli

SegnaturSegnaturaa

mm00 (GeV)(GeV)

mm1/21/2 (GeV)(GeV)

NNjetjetEETT

MissMiss (GeV)(GeV)

EETTjet1jet1

(GeV)(GeV)EETT

jet2jet2 (GeV)(GeV)

∆∆φφ(P(PTTleplep,E,ETT

MissMiss)) μμ isol. isol. s/√(S+B)s/√(S+B)

EETTMissMiss

500500 12001200 22 12001200 900900 600600 00 OffOff 5.775.77

16001600 10001000 77 600600 600600 300300 00 OffOff 4.24.2

1ℓ1ℓ400400 11001100 22 900900 600600 300300 2020 OnOn 4.664.66

10001000 10001000 44 800800 500500 300300 2020 OffOff 4.684.68

3ℓ3ℓ400400 700700 22 300300 150150 8080 00 OnOn 6.376.37

14001400 700700 22 300300 300300 200200 00 offoff 4.724.72

(Abdullin-Charles, 1999)(Abdullin-Charles, 1999)

--


Risultati Risultati Limiti di scoperta di CMS Limiti di scoperta di CMS

• S/√(S+B) > 5 S/√(S+B) > 5 σσ

EETTMissMiss + 2 jet inclusiva: + 2 jet inclusiva:

• Segnatura miglioreSegnatura migliore• Importante soprattutto al Importante soprattutto al

limite per alta ∫Llimite per alta ∫L Segnature n(≥1) ℓ:Segnature n(≥1) ℓ:

• Limiti di scoperta più strettiLimiti di scoperta più stretti• Possono comunque essere Possono comunque essere

utili per basse ∫Lutili per basse ∫L

∫∫L = 100 fbL = 100 fb-1-1

AA00 = 0, tan( = 0, tan(ββ) = 2, ) = 2, μμ > 0 > 0∫∫L = 100 L = 100 (300)(300) fb fb-1-1

AA00 = 0, tan( = 0, tan(ββ) = 35, ) = 35, μμ < 0 < 0


Esempio di analisi: 2Esempio di analisi: 2μμSSSSCanale favorevole: Canale favorevole: (Drozdetski, 2004)(Drozdetski, 2004)

• Alta efficienza di trigger per i Alta efficienza di trigger per i μμ• Segnale molto pulito e facile da individuare (anche con un rivelatore Segnale molto pulito e facile da individuare (anche con un rivelatore

non calibrato)non calibrato)• Contaminazione da parte del fondo minore rispetto a EContaminazione da parte del fondo minore rispetto a ETT

MissMiss + N jets + N jets

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000m1/2

m0

18

15

12

14

17

97

16

5

4,6,8,10,11,19,20

2

1 3

13

Punti scelti per l’analisiPunti scelti per l’analisi Tagli di preselezione:Tagli di preselezione:

• 2 2 μμ SS con P SS con PTT > 10 GeV > 10 GeV

Muoni ricostruiti da Muoni ricostruiti da informazioni di tracciatore informazioni di tracciatore e rivelatore per muonie rivelatore per muoni

Jet con algoritmo Jet con algoritmo IterativeCone (R=0.5)IterativeCone (R=0.5)

EETTMissMiss con correzioni di E con correzioni di ETT

jetjet


22μμSS: processi di fondoSS: processi di fondo

Fondi SM principaliFondi SM principali

pb 0.212* 5.17* 0.129* 3.03* 18(NLO) 26.2 70.2 886(NLO) 232(NLO)*N1 2,120 51,700 1,290 30,300 180,000 262,000 702,000 8,860,000 2,320,000N2 112 1,798 71 1,067 256 727 39.7 142,691 12,924 160,000

tb tqb tb tqb ZZ ZW WW tt Zbb All

Altri fondi consideratiAltri fondi considerati

- contributo trascurabile

pb 0.129 0.0979 0.0305 0.00994 0.000574 0.000706 0.000442 0.000572 0.0000161N1 1,290 979 305 99.4N2 <15 <10 <3 <1

pb 0.556 0.65 neg. neg. neg.N1 5,560 6,500N2 <200 <200

WWW ZWW ZZW ZZZ WWWWZWWW ZZWW ZZZW ZZZZ

ttW ttZ ttWW ttZW ttZZ

N1: Numero totale di eventi attesi per ∫L=10 fbN1: Numero totale di eventi attesi per ∫L=10 fb-1-1

N2: Numero di eventi che passano i tagli di preselezione N2: Numero di eventi che passano i tagli di preselezione


22μμSS: tagli applicatiSS: tagli applicati Considerate le distribuzioni di: Considerate le distribuzioni di:

• EETTMissMiss

• EETT dei jet dei jet

• PPTT dei dei μμ

Scelte le variabili su cui fare i cut, si Scelte le variabili su cui fare i cut, si sono studiati diversi valori per sono studiati diversi valori per l’ottimizzazione:l’ottimizzazione:• EETT

MissMiss:: 0, 100, 150, 200, 250, 400, 500 GeV0, 100, 150, 200, 250, 400, 500 GeV• EETT jet jet11: : 0, 70, 100, 200, 300, 400 GeV0, 70, 100, 200, 300, 400 GeV• EETT jet jet33:: 0, 30, 50, 80, 100, 170, 250 GeV0, 30, 50, 80, 100, 170, 250 GeV• PPTT μμ11: : 10, 20, 30, 60, 100, 150 GeV/c10, 20, 30, 60, 100, 150 GeV/c• PPTT μμ22:: 10, 15, 20, 50, 80 GeV/c10, 15, 20, 50, 80 GeV/c• Min IPMin IPμμ:: N/A, 0.005, 0.0015, 0.0005 cmN/A, 0.005, 0.0015, 0.0005 cm• Max IPMax IPμμ: : N/A, 0.1, 0.03, 0.01, 0.005 cmN/A, 0.1, 0.03, 0.01, 0.005 cm

>10>1055 insiemi di tagli insiemi di tagli•Scan dello spazio dei tagli per determinare i Scan dello spazio dei tagli per determinare i set che danno i valori migliori di S/√(S+B), S/B set che danno i valori migliori di S/√(S+B), S/B e Ne Nevev

Tagli scelti Tagli scelti (Oltre a P(Oltre a PTT di entrambi i di entrambi i μμ > 10 GeV): > 10 GeV):

Set #1: Set #1: • EETT

MissMiss > 200 GeV > 200 GeV • EETT jet jet33 > 170 GeV > 170 GeV• PPTT μμ11 > 20 GeV > 20 GeV

Set #2: Set #2: • EETT

MissMiss > 100 GeV> 100 GeV• EETT jet jet11 > 300 GeV > 300 GeV• EETT jet jet33 > 100 GeV > 100 GeV

EsempioEsempio

mSUGRA point 3:mSUGRA point 3:

•mm00=149 GeV=149 GeV

•mm1/21/2=700 GeV=700 GeV

•Tan(Tan(ββ)) = 10 = 10

•AA00 = 0 = 0

•sign(sign(μμ)) > 0 > 0


22μμSS: risultatiSS: risultati

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000m1/2

m0

18

15

12

14

17

97

16

5

4,6,8,10,11,19,20

2

1 3

13

Molti punti Molti punti saranno visibili già saranno visibili già con ∫L<<10 fbcon ∫L<<10 fb-1-1

• Significatività per Significatività per molti punti >> 5molti punti >> 5

In nero i punti per In nero i punti per cui la significatività cui la significatività è > 5è > 5σσ per ∫L=10 per ∫L=10 fbfb-1-1

Studiata la stabilità dei risultati:Studiata la stabilità dei risultati:• +30% eventi SM e –30% eventi SUSY +30% eventi SM e –30% eventi SUSY

contemporaneamentecontemporaneamente• Solo uno dei punti di scoperta (#13) va fuori dalla zona Solo uno dei punti di scoperta (#13) va fuori dalla zona

visibilevisibile

Modelli alternativiModelli alternativi


SUSY soft breaking non universaleSUSY soft breaking non universale Relazioni (approssimate) in mSUGRA tra le masse delle Relazioni (approssimate) in mSUGRA tra le masse delle

sparticelle alla scala EW:sparticelle alla scala EW:• Legate all’ipotesi di universalità dei termini di rottura soft della Legate all’ipotesi di universalità dei termini di rottura soft della

supersimmetria alla scala GUTsupersimmetria alla scala GUT Modelli alternativi abbandonano l’ipotesi di universalità:Modelli alternativi abbandonano l’ipotesi di universalità:

• Maggiore libertà nello spettro delle masseMaggiore libertà nello spettro delle masse Possibile inversione della gerarchia delle massePossibile inversione della gerarchia delle masse Particelle SM leggere Particelle SM leggere partner pesanti partner pesanti

• Spiegherebbero meglio il disaccoppiamento degli effetti Spiegherebbero meglio il disaccoppiamento degli effetti supersimmetrici dalla scala EWsupersimmetrici dalla scala EW Scalari di 1Scalari di 1aa e 2 e 2aa generazione pesanti (~5-20 TeV) generazione pesanti (~5-20 TeV) Scalari di 3Scalari di 3aa generazione leggeri (<1 TeV) per conservare la generazione leggeri (<1 TeV) per conservare la

naturalezzanaturalezza Scenari particolarmente difficili dal punto di vista Scenari particolarmente difficili dal punto di vista

sperimentale: solo poche sparticelle entro il reach di sperimentale: solo poche sparticelle entro il reach di LHCLHC


Caratteristiche sperimentaliCaratteristiche sperimentali Studiata una Studiata una

segnatura “classica”: segnatura “classica”: • (n ≥ 2,3,4) jets(n ≥ 2,3,4) jets• (m ≥ 0) leptoni(m ≥ 0) leptoni• EETT

MissMiss

GeV ),χ~m( 01

lepton no E jets )4(nor E jets )4n( MissT

MissT

1800

5)tan(

GeV 3800)squarks(m

)m(2)m( case the

tocorrespond Curves

GeV 2800)m( case the

tocorrespond regionsColour

01

02

02

Risultati:Risultati: Limiti di scoperta dipendenti dalla Limiti di scoperta dipendenti dalla

relazione tra M(relazione tra M(χχ1100) e min[M(g), M(q)]) e min[M(g), M(q)]

• Scoperta più difficile al crescere di MScoperta più difficile al crescere di MLSPLSP (i (i jet prodotti hanno minore energia)jet prodotti hanno minore energia)

• Cancellazione parziale dell’ ECancellazione parziale dell’ ETTMissMiss delle delle

due LSPdue LSP Limiti (asintotici) di scoperta per M(Limiti (asintotici) di scoperta per M(χχ11

00) ) ≈ min[M(g), M(q)]:≈ min[M(g), M(q)]:

• min[M(g), M(q)] ≤ (1.2 min[M(g), M(q)] ≤ (1.2 ÷ 1.5) TeV÷ 1.5) TeV• M(qM(q33) ≤ 800 GeV (se è M(q) ≤ 800 GeV (se è M(q1,21,2)>>M(q)>>M(q33))))

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Gauge Mediated Symmetry Gauge Mediated Symmetry BreakingBreaking

MSSM non definisce l’origine dei parametri di rottura MSSM non definisce l’origine dei parametri di rottura della SUSYdella SUSY

• Settore nascosto che non “sente” le interazioni SM e in cui la Settore nascosto che non “sente” le interazioni SM e in cui la SUSY è rotta spontaneamenteSUSY è rotta spontaneamente

Gli effetti sono trasportati al settore visibile con una Gli effetti sono trasportati al settore visibile con una interazione indipendente dal saporeinterazione indipendente dal sapore

• GravitàGravitàmSUGRAmSUGRA• Settore messaggeroSettore messaggeroGMSBGMSB

La rottura è trasmessa al settore messaggero da una nuova La rottura è trasmessa al settore messaggero da una nuova interazione, e da questo al settore visibile dalle interazioni di interazione, e da questo al settore visibile dalle interazioni di gaugegauge

Caratteristiche fenomenologiche:Caratteristiche fenomenologiche:• La LSP è il gravitino GLa LSP è il gravitino G• Modelli classificati in base alla NLSP:Modelli classificati in base alla NLSP:

Stau Stau ττ11

Neutralino NNeutralino N11• Decadimento NLSPDecadimento NLSPLSPLSP

Grossa libertà nei valori di cGrossa libertà nei valori di cττ

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GMSB: aspetti sperimentaliGMSB: aspetti sperimentaliττ11 è la NLSP è la NLSP NN11 è la NLSP è la NLSP

cτ>>Lcτ>>L Segnatura simile a un Segnatura simile a un μμ pesantepesante

Fenomenologia simile a Fenomenologia simile a mSUGRAmSUGRA

cτcτ~~LLLa NLSP decade dentro il rivelatore, possibili misure di vita La NLSP decade dentro il rivelatore, possibili misure di vita mediamedia

cτcτ<<<<LL Decadimento in 2τDecadimento in 2τ Decadimento in 2Decadimento in 2γγ

L=dimensioni del rivelatoreL=dimensioni del rivelatore

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Little HiggsLittle HiggsI campi di Higgs sono bosoni di Goldstone associati ad una rottura I campi di Higgs sono bosoni di Goldstone associati ad una rottura di simmetria globale ad una scala di simmetria globale ad una scala ΛΛ~10-30 TeV~10-30 TeV

• Acquistano massa mediante una SSB alla scala elettrodeboleAcquistano massa mediante una SSB alla scala elettrodeboleCancellazioni al primo ordine tra particelle della stessa statistica e Cancellazioni al primo ordine tra particelle della stessa statistica e la simmetria globale approssimata mantengono leggeri i campi di la simmetria globale approssimata mantengono leggeri i campi di HiggsHiggs

• Un nuovo quark simile al top di carica 2/3: Un nuovo quark simile al top di carica 2/3: TT• Nuovi bosoni di gauge pesanti: WNuovi bosoni di gauge pesanti: WHH

±±, Z, ZHH, A, AHH• Nuove particelle di Higgs che formano un tripletto SU(2): Nuove particelle di Higgs che formano un tripletto SU(2): 00, , +, +, ++++

Caratteristiche fenomenologiche:Caratteristiche fenomenologiche:• Vincoli sulle masse:Vincoli sulle masse:

MMTT < 2 TeV/c < 2 TeV/c22

MMWW < 6 TeV/c < 6 TeV/c22

MM < 10 TeV/c < 10 TeV/c22

““Littlest Higgs”Littlest Higgs”• Meccanismi di produzione del Meccanismi di produzione del TT::

Produzione associata: ggProduzione associata: ggTTTT e qq e qq TTTT Produzione singola: qb Produzione singola: qb q’ q’ TT

• Model-dependentModel-dependentCanali più favorevoli: th e tZ (25% l’uno)Canali più favorevoli: th e tZ (25% l’uno)TTbW (50%) sommerso dal fondo SMbW (50%) sommerso dal fondo SM

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Strategie di ricercaStrategie di ricerca

Canale più promettente: scoperta possibile Canale più promettente: scoperta possibile per alta ∫Lper alta ∫L

Fondo quasi del tutto soppresso dalla Fondo quasi del tutto soppresso dalla richiesta di 1 b-jetrichiesta di 1 b-jet

Basso rapporto S/BBasso rapporto S/B Con 3 b-jet si deteriora troppo l’efficienzaCon 3 b-jet si deteriora troppo l’efficienza Si studiano strategie di selezione meno Si studiano strategie di selezione meno restrittive (2 b-jet, decadimento adronico restrittive (2 b-jet, decadimento adronico del W)del W)

Risultati preliminariRisultati preliminari

WZ+jets, con decadimenti leptonici di W e WZ+jets, con decadimenti leptonici di W e Z, e uno dei jet mistagged come b-jetZ, e uno dei jet mistagged come b-jet

pp pp tt, t tt, t bW, decadimenti semileptonici bW, decadimenti semileptonici dei W (dei W (σσ=886 pb)=886 pb)

pp pp Wbbjj (Wbbjj (σσ=3.95 pb)=3.95 pb) pp pp W+4 jets (W+4 jets (σσ=146 pb)=146 pb)

Fondi importantiFondi importanti

1 b-jet1 b-jet 3 ℓ isolati (ℓ=e, 3 ℓ isolati (ℓ=e, μμ)) EETT

MissMiss

1 jet leggero1 jet leggero

3 b-jet3 b-jet 1 ℓ isolato (ℓ=e, 1 ℓ isolato (ℓ=e, μμ)) EETT

MissMiss

1 jet leggero1 jet leggero

Topologia del segnaleTopologia del segnale

TT Zt, Z Zt, Z ℓℓ+ + ℓℓ--

•Decadimento leptonico della ZDecadimento leptonico della Z•σσ=0.92 fb=0.92 fb

T T ht, h ht, h bbbb•Decadimento leptonico del W dal top Decadimento leptonico del W dal top •σσ=8.9 fb=8.9 fb

CanaleCanale


ConclusioniConclusioni Mostrate alcune delle analisi compiute (o in corso) in Mostrate alcune delle analisi compiute (o in corso) in

CMS riguardanti la ricerca di fisica oltre il Modello CMS riguardanti la ricerca di fisica oltre il Modello StandardStandard

Performance del trigger ottimizzate per far fronte a Performance del trigger ottimizzate per far fronte a vari scenari (SUSY con sparticelle a bassa o alta massa, vari scenari (SUSY con sparticelle a bassa o alta massa, conservazione o meno della parità R)conservazione o meno della parità R)

mSUGRA:mSUGRA:• Scan del piano (mScan del piano (m00, m, m1/21/2) per determinare i limiti di scoperta di ) per determinare i limiti di scoperta di

CMS; rivelatore sensibile a sparticelle con massa fino all’ordine CMS; rivelatore sensibile a sparticelle con massa fino all’ordine di 2di 2÷3÷3 TeV TeV

• Alcune analisi più dettagliate per canali specifici (2Alcune analisi più dettagliate per canali specifici (2μμSS)SS) Modelli alternativiModelli alternativi

• Modelli non universali: studi inclusivi mostrano che CMS sarà Modelli non universali: studi inclusivi mostrano che CMS sarà sensibile a sparticelle con masse almeno fino al TeVsensibile a sparticelle con masse almeno fino al TeV

• GMSB: Studiate alcune segnature particolari; buona sensibilità GMSB: Studiate alcune segnature particolari; buona sensibilità per NLSP con alta vita mediaper NLSP con alta vita media

• Little Higgs: analisi ancora all’inizio, si cercano le segnature e Little Higgs: analisi ancora all’inizio, si cercano le segnature e le tecniche di analisi migliori le tecniche di analisi migliori

Ricerca di nuova fisica in CMS Mario Galanti Università e INFN - Catania.

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