Ricerche di nuova fisica ad LHC

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Ricerche di nuova fisica ad Ricerche di nuova fisica ad LHCLHC

T. LariUniversity and INFN, Milano

FrascatiFrascati28/02/200628/02/2006 22

IndiceIndice• Misura delle particelle nello stato finale. Trigger utilizzati.• Higgs (Standard Model): canali di scoperta• Higgs (Supersimmetrici)• Eventi di supersimmetria (mSUGRA) ad LHC

– Topologia, montecarlo utilizzatiTopologia, montecarlo utilizzati• Ricerche inclusive

– Analisi getti+energia mancante+n leptoniAnalisi getti+energia mancante+n leptoni– Controllo del fondo di Modello Standard: fondo da processi Controllo del fondo di Modello Standard: fondo da processi

fisici ed effetti strumentali, tecniche per valutarlofisici ed effetti strumentali, tecniche per valutarlo• Ricerche esclusive.

– Ricostruzione di canali di decadimento specifici, misura delle Ricostruzione di canali di decadimento specifici, misura delle massemasse

• Interpretazione dei dati: dalle misure ad LHC ai parametri del modello

• Altri modelli Supersimmetrici

Non trattero’ di altri modelli Beyond Standard Model (extra dimensions, 2 Higgs doublet Model, Little Higgs, E6, …)


ATLAS: A Toroidal Lhc ApparatuS

CMS: Compact Muon Solenoid

-Preciso sistema di tracciatura centrale

-Buona copertura calorimetrica EM

-Buona accettanza per i

-Calorimetria adronica ermetica

(buona misura jet e Etmiss)

ATLAS & CMSATLAS & CMS

Rivelatori “general purpose”, ottimizzatiper la ricerca dell’Higgs e della Supersimmetria


Misura dei gettiMisura dei gettiSeparazione: Diversi algoritmi per raggruppare celle calorimetriche vicine che danno un segnale. Ad esempio: cono di x= 0.4 (o 0.7) attorno ad una cella “seme”Calibrazione: Il segnale di ogni cella viene pesato, in modo da ottimizzare la risoluzione, la linearita’, e la scala di energia. Correzione di effetti strumentali (energia del getto di particelle) e fisici (energia del partone originario). Strumenti: confronto con la verita’ montecarlo, pt balance in +jet, Z+jet, massa del W, …Accettanza: | < 5 (getti forward meno precisi)Prestazioni attese (ATLAS):-Risoluzione 60%/sqrt(E)+3%-Scala di energia nota all’1%Identificazione: I soli getti del b, per ||<2.5, possono essere identificati con una efficienza del 50-60% (probabilita’ di falsi positivi: O(1%) per getti dell’u, O(10%) per getti del c). Prestazioni del tagging dipendenti dal pt, , ed isolamento dei getti.


Misura di energia mancanteMisura di energia mancantee tause taus

• Energia mancante = somma delle energie delle celle del calorimetro 5) e dei muoni 3.2)– Varie correzzioni per il rumore, energia persa nel Varie correzzioni per il rumore, energia persa nel

materiale non sensibile, etc.materiale non sensibile, etc.

– Risoluzione proporzionale a sqrt(Risoluzione proporzionale a sqrt(EETT). Contributi da ). Contributi da risoluzione del calorimetro, muoni, energia delle risoluzione del calorimetro, muoni, energia delle particelle fuori accettanza particelle fuori accettanza

• Tau misurati se decadono adronicamente (65%).– Distinti dai getti sulla base del profilo di energia persa Distinti dai getti sulla base del profilo di energia persa

nel calorimetro, il numero di tracce, etc.nel calorimetro, il numero di tracce, etc.

– Efficienza vs reiezione dei getti funzione di pEfficienza vs reiezione dei getti funzione di pTT ed ed


Misura di e, Misura di e,

• Elettroni, fotoni isolati (dai getti)– Accettanza Accettanza <2.5<2.5– Efficienza 80-90%, regiezione dei getti O(10Efficienza 80-90%, regiezione dei getti O(1044))– Risoluzione 10%/sqrt(E)+0.7% (ATLAS) Risoluzione 10%/sqrt(E)+0.7% (ATLAS)

• Muoni isolati (dai getti)– Accettanza Accettanza <3.2, p<3.2, p>5 GeV>5 GeV

– Efficienza 95% (per muoni Efficienza 95% (per muoni isolati))

Calibrazione in situ da Z →ee,


Trigger (ATLAS)Trigger (ATLAS)• Il trigger più generale per

ricerche di supersimmetria richiede Et

Miss > 70 GeV e un getto con PT>70 GeV

• I tipici tagli di analisi sono molto piu’ stringenti

• Trigger usati nella ricerca dell’Higgs:– 2 fotoni con p2 fotoni con ptt> 20 GeV > 20 GeV

– 2 elettroni con pt>15 GeV2 elettroni con pt>15 GeV– 2 muoni pt>10 GeV2 muoni pt>10 GeV

– 1 tau p1 tau ptt>35 GeV, >35 GeV, EEtt

MissMiss>45GeV>45GeV

– ……


Higgs production at LHCHiggs production at LHC

MH< 219 GeV (95% CL)

Il processo di produzione primario e’ il “gluon fusion”.

La Vector boson fusion (VBF) e la produzione associata possono pero’ avere rapporti segnale/fondo migliori.

I canali di VBF hanno due getti forward (e nessun getto duro centrale 2):

Forward jet tagging+central jet veto

Studiato solo a bassa luminosità (ad alta luminosità problemi con il veto sui getti centrali, a causa delle interazioni pp aggiuntive) Il fit elettrodebole dice che l’Higgs e’ leggero!

(assume la validità del modello standard)

gg → H

qq → qqH

Hbb, HZ, HW, Htt


Canali di scopertaCanali di scopertaMH < 2 MZ (difficile)

H → inclusivo, ttH, WH, qqH

H→ ZZ* → 4l

H → WW* → ll

H → bb ttH, WH

MH > 2MZ (facile)

H → ZZ → 4l

qqH → WW → l jj

qqH → ZZ → 4l, ll, lljj


H H →

E’ il canale che permette la migliore misura della massa dello Higgs. Si puo’ ottenere una precisione migliore dell’ 1% per masse del bosone tra i 100 e i 150 GeV. Misura basata sul calorimetro elettromagnetico (ma anche il tracciatore). Per un buon rapporto segnale/fondo occorre

-un’ottima discriminazione getti/fotoni

-un’ottima risoluzione sulla massa invariante (energia fotoni e posizione interazione pp)

-Un’ottima efficienza (recupero conversione → ee nel tracciatore) per poter estrarre il segnale dal fondo.

Reported here: LO analysis, gg fusion onlyNLO analysis and VBF channelsimprove significance (ATLASstudy, waiting for approval)

100 fb-1


HH→→ZZ*ZZ*→→4 leptoni4 leptoniIl segnale puo’ essere estratto con facilita’ da un fondo prevalentemente piatto.

Per MH>2MZ il canale di decadimento in ZZ e’ quello che offre migliore possibilità di scoperta, assieme al qqH con H→WW, ZZ.

L’accettanza del rivelatore e le efficienze di ricostruzione sono punti cruciali per questo canale. Se uno dei 4 leptoni non viene ricostruito, si perde l’evento.

100 fb-1


qq->ttH, t->blqq->ttH, t->bl, t->bjj, H->bb, t->bjj, H->bbIl trigger e’ dato dal decadimento semileptonico del W.

Richiede 4 getti taggati come b. I I getti vengono associati al decadimento del top o dell’Higgs a seconda del valore delle combinazioni di massa invariante.

Punti critici:

Prestazioni del b-tagging

Conoscenza della shape del fondo

Produzione diretta non visibile (fondo QCD troppo elevato)

Usata per masse < 130 GeV


qq->qqH,H->WW*->2l qq->qqH,H->WW*->2l 22In questo canale solo la massa trasversa puo’ essere ricostruita.

VBF channels

qq->qqH,H-qq->qqH,H->2>2Due canali, a seconda del decadimento dei due tau:

Lepton-lepton

Lepton-hadron

Il quadrimpulso del tau e’ ricostruito scomponendo il vettore di missing energy lungo la direzione dei prodotti di decadimento visibili dei tau (aprossimazione collineare, valida per impulsi elevati)

Due getti forward+central jet veto (VBF channel)

Zjj

tt, WW

100 120 140 160

ATLAS, lepton-lepton

CMS


Grafico riassuntivo di Grafico riassuntivo di scoperta scoperta

200100

140

160

180

120 mH (GeV)

I contributi dalle analisi basate sulla VBF (non considerati nei primi studi) dannoil contributo principale per 110 GeV < mH < 190 GeV


Possibili misure dei Possibili misure dei parametri parametri

I canali con H-> e H->4 leptoni offrono le migliori risoluzioni in massa.


5 discovery curve for A°/H° • MSSM Higgs properties at tree level

can be given in terms of two parameters:

MA = mass of neutral Higgs A0 tan = the ratio of the vacuum expectation values of the two Higgs doublets.

• L’Higgs leggero (proprieta’ simili a l’higgs del MS) ha una massa < 130 GeV ed e’ osservabile nell’intero spazio dei parametri

• L’MSSM A0/H0 can be discovered with 30 fb-1 in the region :

150 MA 800 GeV

10 < tan < 45

Produzione dipendente da tan : se osservato, permette di misurare questo parametro

• In alcune regioni dello spazio dei parametri puo’ essere osservato anche l’Higgs carico.

Il settore di HiggsIl settore di Higgs

ATLAS


Eventi SUSY ad LHCEventi SUSY ad LHC

Le masse e gli accoppiamenti delle particelle SUSY dipendono dalla scelta del modello e dei suoi parametri (nel caso piu’ generale, 105 parametri liberi!).

Modelli particolari (pochi parametri liberi) e specifiche scelte dei parametri (punti di benchmark) vengono usati per sviluppare strategie di analisi.

Caratteristiche comuni alla maggior parte degli scenari:

• Stabilita’ del protone: conservazione della parita R, le particelle SUSY sono prodotte in coppia, la particella SUSY piu’ leggera e’ stabile e debolmente interagente (candidato per la materia oscura)

• Naturalezza: Particelle colorate (quark scalari, gluoni) piu’ leggere di circa 1000 GeV, dominano la sezione d’urto ad LHC. Decadimento a cascata nella LSP: getti adronici ed energia mancante.


Eventi SUSY ad LHCEventi SUSY ad LHC

lqq

l

g~ q~ l~

~

~

p p

Segnatura:- Energia mancante dal neutralino- Getti dal decadimento di squark e gluini- A seconda dei decadimenti del modello/punto specifico: leptoni isolati, b-getti, fotoni

Il modello piu’ studiato dagli esperimenti e’ mSUGRA (prossime 10 slides). Assume l’unificazione delle masse alla scala GUT. 5 parametri liberi:M0, m1/2, A, tan, sgn()

Nota bene:solo una delle due catene di decadimentodell’evento e’ mostrata


Simulazione eventi SUSYSimulazione eventi SUSYAssumendo di partire da un set di parametri mSUGRA…Assumendo di partire da un set di parametri mSUGRA…– Risoluzione delle equazioni del gruppo di rinormalizzazione (RGE) per Risoluzione delle equazioni del gruppo di rinormalizzazione (RGE) per

ottenere le masse alla scala elettrodebole (ottenere le masse alla scala elettrodebole (ISAJETISAJET, SOFTSUSY, , SOFTSUSY, SPHENO, SUSPECT, …)SPHENO, SUSPECT, …)

– Calcolo dei branching ratiosCalcolo dei branching ratios– Generazione degli eventi ad LHC (Generazione degli eventi ad LHC (HERWIGHERWIG, PYTHIA, ISAJET, …), PYTHIA, ISAJET, …)– Simulazione della risposta del rivelatoreSimulazione della risposta del rivelatore

• VeloceVeloce: parametrizzazione della risposta del rivelatore ad ogni particella : parametrizzazione della risposta del rivelatore ad ogni particella generata (efficienza, risoluzione, …)generata (efficienza, risoluzione, …)

• DettagliataDettagliata: simulazione delle interazioni delle particelle col rivelatore, : simulazione delle interazioni delle particelle col rivelatore, formazione dei segnali, ricostruzione dei raw data simulati con gli stessi formazione dei segnali, ricostruzione dei raw data simulati con gli stessi programmi che verranno usati per quelli veri (molta piu’ CPU programmi che verranno usati per quelli veri (molta piu’ CPU necessaria…) necessaria…)

– Per controllare la densita’ di neutralini nell’universo, limiti dalla fisica Per controllare la densita’ di neutralini nell’universo, limiti dalla fisica del sapore (bdel sapore (b→→ss, ...): ISAJET, MICROMEGAS, …, ...): ISAJET, MICROMEGAS, …

– ATLAS: RGE e BRs con ISAJET, produce un file ASCII con masse e ATLAS: RGE e BRs con ISAJET, produce un file ASCII con masse e decadimenti che viene passato ad HERWIG decadimenti che viene passato ad HERWIG


The standard discovery plot The standard discovery plot

Fondi:- Real missing energy from SM

processes with hard neutrino tt, W+jets, Z+jets, bb, cc

- Fake missing energy from detector

Jets + ETmiss + 0 lept.

ATLAS 10 fb-1

Meff =|pTi| + ET

miss (GeV)

ATLAS Physics TDR

1 TeV SUSY

SM (PYTHIA)

SUSY selection cuts used in the pictures:• 1 jet with pT >100 GeV, 4 jets with pT>50 GeV • ET

MISS > max(100 GeV,0.2Meff)• Transverse sfericity ST>0.2• No isolated muon or electron with pT>20 GeV

Most general search strategy: jets + ET

miss + n-leptons


Potenziale di scopertaPotenziale di scoperta• Con 10 fb-1 squark e gluini osservabili fino a 1.5-2 TeVdi massa

• In pratica, il tempo necessario per la scoperta dipendera’ dalla

capacita’ di ridurre rapidamente l’errore sistematico sul fondo (conoscenza dei processi di fisica dello SM e degli effetti strumentali)

M0 (GeV)

M1

/2 (

GeV

)

ATLAS


Elementi di matrice e fondiElementi di matrice e fondi

tt+jet

PT of additional jet (GeV)

Il parton shower è un buon modello per l’emissione collineare, ma non descrive l’emissione di un getto duro.

• L’emissione di un getto energetico nei processi del MS è importante per i fondi SUSY• Le analisi tradizionali usano Parton Shower Montecarlo per i processi MS: sottostimal’emissione di getti energetici• Studi di fondi recenti:

• Generazione del processo con il calcolo dell’ elemento di matrice (Alpgen, Sherpa, …) • Adronizzazione parton con HERWIG, PYTHIA• Risoluzione dei problemi di double-counting con il matching MLM


Fondi con elementi di matrice Fondi con elementi di matrice • Il fondo aumenta, e la slope diventa simile a quella di eventi SUSY. Ma la significanza statistica degli eventi SUSY rimane elevata.

ATLAS Preliminary (0 leptons)

Meff (GeV)

SUSY (mass=1 TeV)

SM (ALPGEN+PYTHIA)

N.B. Il segnale SUSY simulato non è lostesso che quello della slide 20 – un confronto diretto non è corretto

Meff (GeV)

ATLAS Preliminary (1 lepton)

1-lepton channel more promising than 0-lepton- Background decreases more than signal - Dominant background is top, more controllable than QCD jets (see later)


Fondi dai dati: ttFondi dai dati: tt

• Top mass reasonably uncorrelated with ET

MISS

• Select events with m(lj) in top window (with W mass constraint – no b-tag used). Estimate combinatorial background with sideband subtraction.

• Normalize to low ETMiss region

(where SUSY small)

• Procedure gives estimate consistent with top distribution also when SUSY is present

Blue: tt (MC@NLO)

Green: SUSYDots: top estimate

ATLAS PreliminaryFull Simulation 0.5 fb-1


Altri fondiAltri fondi• Z+getti, Z →

– Selezionare un campione di Z+getti, Z → eeSelezionare un campione di Z+getti, Z → ee– Trattare l’impulso degli elettroni come energia mancanteTrattare l’impulso degli elettroni come energia mancante- Normalizzare per BRs, accettanze, etc.Normalizzare per BRs, accettanze, etc.

• Altri fondi di fisica (W+getti, bbjj, ccjj, …): usare una combinazione di Montecarlo validati sui dati e di campioni di controllo.

• Effetti strumentali: code nongaussiane nella risoluzione su getti ed energia mancante. Strategia:– Mappatura di celle “cattive” (simmetria Mappatura di celle “cattive” (simmetria , bilanciamento impulso , bilanciamento impulso

in Z+jets, …) in Z+jets, …) – Evitare regioni problematiche, tipo Evitare regioni problematiche, tipo gettiche puntano nella gettiche puntano nella

regione di separazione tra settori diversi del calorimetro (crack)regione di separazione tra settori diversi del calorimetro (crack)– Eliminare eventiEliminare eventi col vettore di E col vettore di ETT

miss miss lungo un getto. lungo un getto.• All’inizio, tagli stringenti, rilassati man mano che la

comprensione del rivelatore migliora.


Misure esclusiveMisure esclusive

• Fase 1: scoperta di un eccesso di eventi rispetto alle previsioni del modello standard (ricerche inclusive)

• Fase 2: studio delle proprieta’ delle nuove particelle– Ricostruzione di canali di decadimento specificiRicostruzione di canali di decadimento specifici– Misura di endpoint cinematici, relazioni tra le masse delle Misura di endpoint cinematici, relazioni tra le masse delle

nuove particelle nuove particelle – Misura dello spin dalle distribuzioni angolari (richiede Misura dello spin dalle distribuzioni angolari (richiede

statistiche elevate)statistiche elevate)– ……

• Gli studi esclusivi richiedono la simulazione di tutti i processi SUSY per un punto specifico dello spazio dei parametri, in quanto il fondo dominante e’ solitamente il combinatorio dagli eventi di supersimmetria


Edge dileptonicoEdge dileptonico

Il decadimento leptonico del neutralino e’ particolarmente pregiato:• Presente in molti modelli• Il fondo MS e’ spesso trascurabile• Tipico punto di partenza per la ricostruzione della catena di decadimentoSegnatura: due leptoni, getti, energiamancante

lqql

g~

q

~l~

~

~p p

30 fb-1

atlfast

Precisione ottenibile sull’edge con 30 fb-1 : 0.5%

Massa invariante e+e- o +-

q

ATLAS


Mass reconstruction: a Mass reconstruction: a typical decay chaintypical decay chain

llq edge1% error(100 fb-1)

lq edge1% error(100 fb1)

ll edge llq threshold

The invariant mass of each combination has a minimum or a maximum which provides one constraint on the masses of

l q

~~ ~~

ATLAS Fast simulation, LHCC Point 5ATLAS TDR ATLAS TDR ATLAS TDR ATLAS TDR

Formulas in Allanach et al., hep-ph/0007009

lqql

g~ q~ l~

~

~p p


Model-Model-independent independent massesmasses• Combine measurements from edges of different jet/lepton combinations

to obtain ‘model-independent’ mass measurements.

• LSP mass uncertainty large, all other masses strongly correlated with it.

Sparticle Expected precision (100 fb-1)

qL 3%

02 6%

lR 9%

01 12%

~

~

~

~

lR

qL

~~

~ ~

masses (GeV)

LHCC5 SPS1a

m( 122 96

m(lR) 157 143

m( 233 177

m(qL) 687-690 537-543

~

~ATLAS


CoannCoannihilation (SU1)ihilation (SU1)

ATLAS PreliminaryFull Sim. 20 fb-1

ll edge


qR edge


ql(min) edgeql(max) edge

qll edge qll threshold

~

Giusto per far vedere che gli stessi studi vengono fatti anche con la simulazione dettagliata


Dalle masse ai parametri del Dalle masse ai parametri del modellomodello

Si parte da un set di misure. Si fa uno scan dello spazio dei parametri per trovare i punti compatibili coi dati.Nell’esempio, nell’ambito di mSUGRA. Se le misure sono innumero sufficiente si puo’ fare per modelli piu’ generali (ma 105 parametri liberi sono un problema…)Questi puunti sono poi forniti ai programmi che calcolano la densita’ di materia oscura.Si puo’ ripetere per altre osservabili (EDMs, Bs → , …) ma occorrono programmi pubblici, documentati, con interfaccia standard. ATLAS measurements

Parameter Expected precision (300 fb-1) m0 2% m1/2 0.6% tan() 9% A0 16%

Micromegas 1.1 (Belanger et al.)+ ISASUGRA 7.69

h2

300 fb-1

ATLAS

h2 = 0.1921 0.0053

log10(p/pb) = -8.170.04


GMSB scenarioGMSB scenario

τ1is NLSP N1 is NLSP

cτ>>L Like an heavy μ Like mSUGRA

cτ~L NLSP decays in the detector, possible lifetime measurements

cτ<<L Decay into 2τ Decay into 2γ

L=detector size

~~ ~~

In gauge mediated supersymmetry breaking models, the lightest SUSY particle is the gravitino. Phenomenology depends on nature and lifetime of the second lightest state:


GMSBGMSB

CMS

Also similar ATLAS studies (Phys. TDR)

• Heavy slow “stable” leptons can be tagged with Time-Of-Flight measurements in muon drift tubes.

CMS


Fisica del sapore e SUSYFisica del sapore e SUSY• In scenari di “minima violazione del sapore” (come mSUGRA) le

matrici di massa si squark e sleptoni sono diagonali nella base CKM. Gli effetti sulla fisica del B sono limitati (Bs → e b→s)

• Altri scenari possono risultare in BRs dell’ordine del 10% per decadimenti di squark e sleptoni che violano il sapore, e avere effetti osservabili su EDMs, la fisica del B/D/K, →e, →3, ….

• Workshop dedicato all’interplay tra fisica BSM ad LHC e fisica del sapore:

Flavour in the era of LHC (CERN, Novembre 2005 – Dicembre 2006)

• Per esplorare questi scenari occorrono dei tools per– Simulare gli effetti di non-minimal flavour violation su masse e BRs Simulare gli effetti di non-minimal flavour violation su masse e BRs

delle particelle supersimmetriche (e di altri scenari BSM)delle particelle supersimmetriche (e di altri scenari BSM)– Collegare le osservabili ad LHC (masse, decadimenti) e a basso pt Collegare le osservabili ad LHC (masse, decadimenti) e a basso pt

(B-factories, etc.)(B-factories, etc.)


ConclusConclusionsions• The Standard Model Higgs boson, if it exists, will be observed at the LHCin case of Supersimmetry, more than one Higgs may be observed.

• Supersymmetry is one of the most promising extensions of the Standard Model.• In most models, a few fb-1 of data will allow the LHC experiments to measure a clear excess over the SM contribution and reconstruct several mass relations. Whether we can achieve this within the first year of physics run will depend on the ability of the experiments to understand their detector and the SM processes in a short time.

• Recent ATLAS and CMS studies focus on• Understanding of SM backgrounds with the use of the latest Montecarlo tools, and development of strategies to validate the MC predictions with data. • Large scale productions of full simulation data, are used to study detector systematic and prepare for real data analysis.

•Looking eagerly forward to the first data!


Backup


Reach of dReach of different channelsifferent channels

Inclusive ETMiss + jet:

• Best signature• Important for high ∫L limitMulti-lepton n(≥1) ℓ:• Less powerful • But may be very useful

for early discovery: – Signal confirmed in Signal confirmed in

several channelsseveral channels– Better S/BBetter S/B, leptons , leptons

better better measured/understood measured/understood than jets at the than jets at the begbeginning – inning – can be can be important in early important in early searchessearches

Esempio: 2SS

ATLAS


Simulazione eventi SUSY Simulazione eventi SUSY (II)(II)

• Interfaccia standard (Les Houches Accord): e’ possibile, risolvere le RGE con SOFTSUSY, passare i parametri alla scala elettrodebole a ISAJET,calcolare i decadimenti e passare masse/BRs a HERWIG• Non tutti i programmi interfacciati (non cosi’ facile calcolare i decadimenti con SOFTSUSY e passare il risultato ad HERWIG)• Incertezza sulla soluzione delle RGE in punti difficili dello spazio dei parametri (focus point)• Anche specificando I parametri alla scala elettrodebole si

possono ottenere masse/decadimenti molto diversi da programmi diversi. Difficile per uno sperimentale districarsi tra la foresta di programmi e capire l’origine delle differenze (parametri SM diversi? Correzioni radiative? …)

Softsusy

ISAJET 7.69

ISAJET 7.71


CMS SUSY trigger CMS SUSY trigger benchmarksbenchmarks

• 6 benchmark points used to test CMS trigger performance– Represent difficult “case studies” for the trigger, non exhaustive Represent difficult “case studies” for the trigger, non exhaustive

test test of the values of SUSY parameters.of the values of SUSY parameters.

Point m0 (GeV)

m1/2 (GeV)

σ (pb)

4 20 190 181

5 150 180 213

6 300 150 500

7 250 1050 0.017

8 900 930 0.022

9 1500 700 0.059

Low Mass (LM): - Low ET

Miss

- Low PT particlesHigh Mass (HM): - High mass sparticles

- σprod very low

• 4, 5 and 6 excluded by LEP, but useful to test trigger performances• The same points are also studied for R-parity violation, with χ1

0jjj

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


Trigger performancesTrigger performances4 jet, ET > ET

Min 1 jet + ETMiss

> ETMin

Point

4 5 6 4R 5R 6R

L1 92 92 85 94 93 87

HLT 69 68 44 46 41 26

Point

7 8 9 7R 8R 9R

L1 90 98 94

100 100 100

HLT 85 92 76

90 88 64

• If R-parity is conserved, the ETmiss trigger have an high efficiency.

• Efficiency is lower for R-parity violation– Compensated by n-jets triggersCompensated by n-jets triggers

Efficienza cumulativa (%)

CMS CMS


Example of an analysis: Example of an analysis: 22μμSSSS

Promising channel: (CMS study 2004)– High trigger efficiency for High trigger efficiency for μμ– Clean, easy channel (even with tracker misalignments)Clean, easy channel (even with tracker misalignments)– Less background contamination than for ELess background contamination than for ETT

MissMiss + N jets + N jets

Preselection: 2 μ SS with PT > 10 GeV reliable quite early

Further cuts on jet and ETmiss optimized for each point. More difficult to control

with early dataMain backgrounds:

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

N1: Total number of events expected for ∫L=10 fb-1

N2: Events passing preselection cutsDominant background is from top. That’s good – can be understood using data (see later)


22μμSS resultsSS results

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

Several points visible with ∫L<<10 fb-1

For many points significance is >> 5

In black the points for In black the points for which the significance is > which the significance is > 55σσ for ∫L=10 fb for ∫L=10 fb-1-1

Study of results stability:

• Both +30% SM and –30% SUSY

• Only point #13 exits discovery zone.

CMS


Mass peaMass peaksks

• The 4-momentum of the can be

reconstructed from the approximate relation

p(= ( 1-m(

m(ll) ) pll

valid when m(ll) near the edge.

• The can be combined with b-jets

to reconstruct the gluino and sbottom mass peaks from g→bb→bb

~ ~

CMS 1 fb-1

m(q= (536 ± 10) GeV

CMS 10 fb-1

m(g= (500 ± 7) GeV

m(g)-m(b2) = (70.6 ± 2.6) GeVm(g)-m(b1) = (103.3 ± 1.8) GeVm(g)-0.99m(

= (500.0 ± 6.4) GeV SPS1a, 300 fb-1, stat. errors only:

ATLAS SPS1a300 fb-1

ATLAS SPS1a300 fb-1

m(bb) (GeV)

m(bb)-m(b) (GeV)

~~~

~~


Canali di scoperta Canali di scoperta (II) (II)


Split SUSYSplit SUSY• Caratteristiche del modello:

– Abbandona il criterio di naturalezza (violato nel caso della Abbandona il criterio di naturalezza (violato nel caso della costante cosmologica)costante cosmologica)

– Scalari pesanti (>> TeV scale)Scalari pesanti (>> TeV scale)– Producibili ad LHC: chargini/neutralini (produzione Producibili ad LHC: chargini/neutralini (produzione

elettrodebole, difficile da osservare) e gluinielettrodebole, difficile da osservare) e gluini– Gluino metastabile (decade via squark virtuale)Gluino metastabile (decade via squark virtuale)

• I gluini dovrebbero essere facilmente osservabili ad LHC:– Vita media breve: caso simile a mSUGRAVita media breve: caso simile a mSUGRA– Vita media ~ ps : getti con origine diversa dal punto Vita media ~ ps : getti con origine diversa dal punto

d’interazioned’interazione– Vita media lunga: particelle stabili con interazione forte (R-Vita media lunga: particelle stabili con interazione forte (R-

adroni). Penetranti (energia persa poco maggiore che per i adroni). Penetranti (energia persa poco maggiore che per i muoni), lente (v<c), possibilita’ di cambiare la carica per muoni), lente (v<c), possibilita’ di cambiare la carica per interazione nel rivelatore. Segnatura con fondi di MS interazione nel rivelatore. Segnatura con fondi di MS trascurabili, visibili fino a ca. 1800 GeV di massa. trascurabili, visibili fino a ca. 1800 GeV di massa.

• Interazioni degli R-adroni implementate in GEANT3 e GEANT4, studiabili con la simulazione dettagliata


Other mass measurementsOther mass measurements

Right squark

ATLAS 30 fb-1

ATLAS 30 fb-1

2 hard jets and lots of ET

miss.

Reconstruct with

Also works for sleptons.

m(qR)-m(= (424.2 ± 10.9) GeV

qR 01q

Two body decay of 02 to

higgs and 01.

Reconstruct higgs mass (2 b-jets) and combine with hard jet.

Get additional mass constraint.

qL q →

hq →0

1bbq

Tau decay dominates neutralino BR at large tanNo sharp edge because of ,but end-point canstill be measured.

~ ~~

~

MT2 (GeV) M(bbq) (GeV) M() (GeV)

ATLAS Point 5 100 fb-1


Stop leggeroStop leggero

• Parametri SUSY fissati richiedendo:– Bariogenesi alla scala elettrodeboleBariogenesi alla scala elettrodebole– Materia oscura composta da neutraliniMateria oscura composta da neutralini

• Punti di benchmark definiti, con– (Uno dei due) stop leggero ((Uno dei due) stop leggero (110-160 GeV110-160 GeV))– Gli altri scalari pesanti (1-10 TeV)Gli altri scalari pesanti (1-10 TeV)

• Punto di benchmark studiato da ATLAS:– Massa dello stop Massa dello stop 147 GeV147 GeV– Sezione d’urto Sezione d’urto 430 pb430 pb– Decadimento t Decadimento t → b → b → b W* → b W*

~


Stop leggero: analisiStop leggero: analisi

2 b-getti, 2 getti leggeri, un leptone, energia mancante- Getti ed energia mancante piu’ soffici che in eventi tt- Fondo dominante da tt (in misura minore, Wbbjj).- Il fondo tt puo’ essere stimato dai dati, sfruttandone la cinematica notaSu una gamba del decadimento, richiedere una combinazione jjb compatibile col decadimento di un top. Il campione selezionato (con pochissima contaminazione SUSY) viene sfruttato per misurare la forma delle distribuzioni cinematiche sulla gamba leptonica del decadimento.-Dopo la sottrazione del fondo, si ottiene una distribuzione consistente con quella dei soli eventi SUSY – buona significanza con soli 2 fb-1

Stato finale simile a eventi tt. Segnatura:

Massa invariante bjj1.8 fb-1

t t

b

b

q

q

ATLAS

Ricerche di nuova fisica ad LHC

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