RICERCHE DI SUSY CON I PRIMI DATI IN ATLAS

Napoli, 17/12/2007Elisa Musto

SOMMARIO La ricerca della supersimmetria costituisce uno degli obiettivi

fondamentali di ATLAS

Il gruppo ATLAS di Napoli è impegnato nella ricerca di SUSY e in particolare collabora a due note CSC :

- SUSY-5 (ricerche SUSY inclusive, editor :F Paige, G Polesello )

- SUSY-6 (ricerche SUSY esclusive, editor: T Lari, D Costanzo )

Il potenziale di scoperta è tale che già con i primi dati sarà possibile cercare evidenze di nuova fisica

Se ci sarà evidenza di nuova fisica bisognerà caratterizzarla:

il gruppo di Napoli è stato impegnato nello studio di fattibilità della misura dello spin del neutralino e il lavoro è stato pubblicato in due note della collaborazione

High-pT QCD jetsg

g q

q

Bosone di Higgs

gt

Hg

Misure di precisione: fisica del B e del top

Oltre lo SM: SUSY, UED

Programma di ricerca

W, Zq

W, Z

q

Higgs mH=150 GeV

TeV 1 ~m pairs g~,q~g

q~q~

g

q~SUSY

Fisica a LHC

SUSY & mSUGRA

- m0 Massa dei bosoni alla scala di GUTMassa dei bosoni alla scala di GUT

- m1/2 Massa dei fermioni alla scala di GUTMassa dei fermioni alla scala di GUT

- A0 Accoppiamento trilineareAccoppiamento trilineare

-tan(β) Rapporto tra i valori di aspettazione sul Rapporto tra i valori di aspettazione sul

vuoto dei campi di Higgsvuoto dei campi di Higgs

- sign(µ) Parametro di massa del superpotenzialeParametro di massa del superpotenziale

La supersimmetria è una simmetria che associa un fermione (bosone) ad un bosone (fermione) con stessa massa e stessi numeri quantici. Particolarmente interessante perché risolve i problemi di naturalezza dell’Higgs se la scala di massa è di 1TeV. Difficoltà:la minima estensione dello SM (MSSM) prevede 105 parametri e non osserviamo i superpartner. La rottura del MSSM (non spontanea perché non rinormalizzabile) fornisce massa alle particelle. In mSUGRA i parametri in gioco sono 5:

R-parità:numero quantico moltiplicativo conservato

-1 per le SUSY

+1 per le SMConseguenze :

R = (-1)3(B-L)+2S =

1. Le particelle SUSY vengono prodotte in coppia

2. La particella più leggera (Lightest Supersymmetric Particle) è stabile; di solito è identificata nel , particella massiva, neutra e debolmente interagente

01

~

ENERGIA MANCANTE

Di solito si osservano i parametri di massa, fissati gli altri. I constraints allo spazio dei parametri sono di varia natura:

• TEORICI:la rottura elettrodebole della SUSY(EWSB) esclude le regioni a piccola m1/2 e grande m0 e ciò in base ai limiti del TEVATRON sulla massa del top

• SPERIMENTALI:le regioni a bassa massa sono escluse dai limiti su:

- massa dell’Higgs (mho SM > 114.4 GeV, LEP),

- massa del chargino (m > 103 GeV, LEP),

- br(bs) ((3.55+/-0.26)*10-4,CLOE,BELLE,BaBar),

• DARK MATTER (se supersimmetrica):

- regioni a bassa m0 escluse se stau è LSP,

- Relic Density: fissata tan(β) i limiti di WMAP

(0.094 < CDMh < 0.129 ) restringono la regione

m0 - m1/2 ad una banda stretta

Limiti su mSUGRA

~

WZ ,~~ 01

01

bb01

01

~~

10

1~~

ATLAS investiga quattro diverse

regioni legate alla

Cold Dark Matter

Produzione dominata da gluini e squark, dipendente dalle loro masseLunghe catene di decadimento terminano con la LSP

Produzione SUSY a LHC

Fenomenologia degli eventi (se R-parità conservata):

•Jet di alto impulso provenienti dal decadimento di gluini e squark

•Grande energia trasversa mancante (rispetto allo SM) dovuta alla LSP

•Leptoni , b-jet e tau-jet di alto impulso (dipendenti dai parametri del modello )

lqql

g~ q~l~

~

~p p

Golden Channel: Jet+ Etmiss+n leptoni

Strategie di ricerca

Set di tagli cinematici per ridurre il fondo SM su variabili che presentano deviazioni dallo stesso

E’ necessaria una buona stima del background:

- Etmiss da eventi di SM con neutrini energetici (W+jet , Z+jet, t t )

- Fake Etmiss e leptoni da rivelatore

-

Esempi di background da detector:

- Risoluzione dei jet con code non gaussiane possono influire su :

• cattiva mappatura delle celle

• Etmiss misidentificata se diretta come un jet

• Jet non ricostruiti se in zone oscure (crack,etc..)

- Jet leggeri identificati come elettroni

- Efficienza di ricostruzione dei leptoni

L~ 1033 cm-2 s-1 L~ 1033 cm-2 s-1

una “settiman

a”

un “mese”un “anno”

Potenziale di scoperta di LHC

Nei primi anni la luminosità e prevista essere: L~ 1031-32 cm-2 s-1 , il che corrisponde ad una luminosità integrata di 10-100 pb-1 al mese (106 s) di presa dati. Nei primi anni oggetto di studio sarà la calibrazione del rivelatore.

Ricerche a 1fb^-1

Potenziale di scoperta a 5 con

S>10 e (S/sqrt(B))>5, incluso fattore 2 di

incertezza su generatore MC

S.Yamamoto SUSY07 (Karlsruhe, July 06, 2007)

ATLAS ha un potenziale di scoperta per una scala di

massa di 1 TeV con i primi dati per ogni topologia di

eventi

L~ 1032 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)

Esempi di ricerche inclusive(1/2)

Ricerche Inclusive: ricerca di deviazioni dallo SM e della scala di massa della nuova fisica (Meff ~min( , ) )

q~ g~

SELEZIONE SUSY:

• 1st jet: pT >100 GeV • 4jets con pT>50 GeV

•ETMISS > 100 GeV•Transverse sfericity ST>0.2

•Esclusi Muoni ed elettroni isolati con pT>20 GeV

IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO

(GeV) )(jet p E M1i

iTmiss

Teff

L~ 1033 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)

IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO

Esempi di ricerche inclusive(2/2)

Meff

SELEZIONE SUSY:

• 1st jet: pT >100 GeV

• 4jets con pT>50 GeV

•ETMISS > 100 GeV

•Transverse sfericity ST>0.2

•Muoni ed elettroni non isolati

con pT>10 GeV

10 fb-1

10 fb-1 10 fb-1

L~ 1033 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)

Ricerche esclusive : Caratterizzazione nuova fisica nei diversi punti di benchmark con misure di masse, spin, etc.Una delle segnature più chiare è dovuta endpoint nelle masse invarianti(non c’è picco perchè invisibile.

Esempi di ricerche esclusive (1/2)

2/1

2~

2~

2~

2~

2~

max

,

01,,

02

))(()(

RL

RLRL

l

ll

m

mmmmllm

+4vincoli sulle masse invarianti m(+-j) min e max e m(j)

Da tali endopint è possibile ricavare le masse delle particelle coinvolte usando dei vincoli.

01

~

L=30 fb-1 L=30 fb-1

SU3 SU3

LRl /

LRl /

~LRl /

L~ 1033 cm-2 s-1 (3 anni di presa dati)

Esempi di ricerche esclusive(2/3)

m̂

Spin 0ql-

ql+

Spin 1/2

Pro

bab

ili

tà

Misure di spin:

è possibile ricavare la polarizzazione del nel suo sistema di riferimento a riposo in

virtù della distribuzione angolare non isotropica dei prodotti di decadimento che si

ritrovanell’ampiezza di massa invariante

ss

ssA

)(ql

md

d

s

02

~

quark nearlepton

χ20

θ*

~

LRl /

LRl /

~ LRl /

^^

md

dPˆ ql-

ql+4sin3 (½θ*) = 4m3̂

4cos2 (½θ*) sin (½θ*) = 4m(1-m2)

SU3

Esempi di ricerche esclusive(3/3)Il gruppo ATLAS di Napoli è stato impegnato nello studio della fattibilità della misura dello

spin del neutralino con una tesi di laurea (E.Musto) ed una di dottorato (A.Migliaccio). Risultati ottenuti presentati ad IFAE 2007 (M. Biglietti) e pubblicati in due note della

collaborazione (ATL-COM-PHYS-2007-078, ATL-PHYS-CONF-2007-020 )

Asimmetria SU3 SFOS-OFOS

L=100 fb-1L=30 fb-1

Asimmetria SU1 SFOS-OFOS

esattamente 2 leptoni SFOS pT > 6 GeV , || < 2.5 ET

isol < 10 GeV in R<0.2 (criterio isolamento leptoni) 2 jet più energetici

Preselezione+ selezione:

Tagli aggiuntivi : endpoint cinematici

L~ 1033 cm-2 s-1 (10 anni di presa dati) L~ 1033 cm-2 s-1 (3 anni di presa dati)

BACKUP

SU3 (SU3 (BulkBulk)) (~19.53 pb)

• produzione localeproduzione locale (HERWIG)+ Fast Fast simulationsimulation ::

30 fb30 fb-1-1 (Napoli ATLAS-Tier2)

SU1 (SU1 (Co-annihilationCo-annihilation)) (~7.8 pb)

• produzione locale produzione locale (HERWIG)+ Fast Fast simulationsimulation :: 220 fb220 fb-1-1 (Napoli ATLAS-Tier2)

FondoFondo MModelloodello SStandard:tandard:

Fast simulation Fast simulation

: +2,3,4,5 jet ; : +2,3,4,5 jet ; 20 fb20 fb-1 -1 ,,

: 3,4,5 jet ; : 3,4,5 jet ; 20 fb20 fb-1 -1 ,,

: +0,1,2 jet >3 jet : +0,1,2 jet >3 jet

100100200 fb200 fb-1-1

Dati analizzati:

• W+jetW+jet

• t t t t ((llll, , llqqqq)+)+ jetjet

• Z+jetZ+jet -- --