Ricerca di Supersimmetria in eventi con due jet ad alto PT a LHC Marino Romano.
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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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Scenario preso in esame
Introduzione: Modelli SUSY
Parametri Msugra
m0, m1/2, A0, tan, sign(
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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.
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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%
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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)
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Analisi dati: scan in m0 e m1/2
Sezione d’urto totaleEfficienza di selezione (tagli ottimizzati)
M0
M1/2
(pb)Efficienza
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Analisi dati: regioni di sensibilità e impatto delle sistematiche
mgl
uino
=msq
uark
Sist - Sist +
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Analisi dati: risultati a diverse luminosità
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Slides di Backup
Cliccami per chiudere
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Confronto fra apertura del cono 0.4 e 0.7
PGS
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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)
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
PGSCard usata
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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)
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Analisi dati: scan in m0 e m1/2Livelli di esclusione a 3 e 5 σ
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
Simulazioni: scelta del punto mSUGRA
0101 ''~~ qqqqpp
Con )}s(s),d(du),u((ud),(dd),{(uu),)(qq’
Circa 100 diagrammi
Marino Romano Ricerca di Supersimmetria in eventi a due jet
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