STATO DI CDF E PROSPETTIVETommaso Dorigo, INFN-Padova

Riunione CSN I - Roma, 15 maggio 2007

Outline• CDF-Italia: chi siamo

– Istituzioni– Contributi– leadership, training

• Stato dell’acceleratore– Prestazioni attuali– Prospettive

• Il rivelatore CDF e l’esperimento– CDF– Stato dei trigger upgrades (XFT,SVT,L2 CAL)– Computing, remote monitoring

• Risultati di CDF con 1/fb e prospettive con 6-7/fb– Ricerche dell’Higgs SM– Misure di precisione di top physics– Fisica del B: oscillazioni, misure, ricerche– Misure di precisione elettrodeboli– Ricerche di nuova fisica (MSSM, SUSY,ED…) – Nuove misure di QCD

• Riassumendo…• Conclusioni

CHI SIAMO

CDF-Italia

• Nove gruppi: Bologna, Frascati, Padova, Pavia, Pisa/Siena, Roma, Trento, Trieste, Udine

• 64 FTE + 22 studenti:– negli ultimi 12 mesi completate 6 tesi di laurea, 4 di dottorato– attualmente 10 laureandi, 12 dottorandi

• Impatto determinante e riconosciuto in:– Upgrades recenti

• XFT, SVT, L2CAL – Incarichi di responsabilità

• Speakers, Statistics, Computing– Day-to-day operations

• Remote CO shifts (Pisa control room)• Monitoring, calibrazioni, trigger

– Fisica!• Un vasto coinvolgimento in analisi importanti• Diversi posti di responsabilità (convenership, godparenting, reviewing)

Tesi recenti e in corso

• Laurea: 6 negli ultimi 12 mesi– Mia Tosi, L.SP. “A new multivariate approach to the b-jet energy measurement at the CDF-II experiment”

(Busetto, Dorigo)– Elena Moretti, L.SP. “Applicazione dell'algoritmo rForest alla misura della massa del quark top“ (Busetto,

Dorigo)– Diego Perizzolo, L.SP. "Le correzioni dell'energia dei jet nella misura della massa del quark top" (Busetto,

Dorigo) – Januscia Duchini, L.TR. "Studio delle prestazioni di un trigger di livello due "SVX +BMU" per la selezione

online di muoni ad alto pt a CDF" (Ciocci)– Chiara Ferrazza, L.SP. "Identificazione di quark pesanti in getti adronici in interazioni p-pbar con il

rivelatore CDF al Tevatron“ (Dionisi, Jeans)– Lucas Rogondino, L.SP. S.Anna “Online Diagnostic and Monitoring for the Trigger selection at the CDF

Experiment” ( Dell’Orso) • Dottorato: 4 negli ultimi 12 mesi

– Diego Tonelli, "First observation of the Bs->K+K- decay mode, and measurement of the B0 and B0s mesons decay-rates into two-body charmless final states at CDF.“ (Punzi)

– Paola Squillacioti, “Measurement of the branching fraction ratio BR(B+ -> antiD0 K+ -> [K+ pi-] K+)/BR(B+ -> antiD0 pi+ -> [K+ pi-] pi+) with the CDF II detector” (Ciocci, Punzi)

– Pierluigi Catastini, "Measurement of kinematic properties and fractions of charged particles species produced in association with B mesons using the CDF II detector“ (Ciocci, Punzi)

– Giuseppe Salamanna, L.SP. “First observation of $B_{s}$ mixing at the CDF II experiment with a newly developed Opposite Side $b$-flavour tagger using Kaons” (Dionisi, Rescigno)

• Più quelle in corso: – 10 tesi di laurea: Stefano Camarda, Aureliano Rama, Stefano Cuomo, Paola Garosi, Federico Sforza,

Marco Trovato, Maria d’Errico, Nicola Pozzobon, Viviana Cavaliere, Chiara Farinelli – 12 tesi di dottorato: Manuel Mussini, Fabrizio Margaroli, Simone Pagan Griso, Chiara Ferrazza,

Francesco Crescioli, Guido Volpi, Michele Giunta, Paolo Mastrandrea, Gabriele Compostella, Benedetto di Ruzza, Pierluigi Totaro, Michael Morello

Incarichi di responsabilità

• Notevole e riconosciuto impatto:– Leadership di gruppi di fisica e tasks cruciali - responsabilità ufficiali in CDF:

• Higgs Trigger Task Force co-convener: Luciano Ristori• Offline & Computing co-convener: Donatella Lucchesi• Mixing analyses coordinator: Franco Bedeschi• Speakers Committee chair: Giorgio Chiarelli• Statistics Committee: Giovanni Punzi• Spokespersons reading group: Giorgio Bellettini• B-mixing, lifetimes, CPV subgroup convener: Diego Tonelli• B decays and CPV group convener: Sandro de Cecco• High-Pt B-tag group convener: Daniel Jeans• B-trigger representative: Simone Donati (anche resp. simulazione XFT)• Responsabili SVT: Alberto Annovi, Stefano Torre• Responsabile L2CAL hardware: Laura Sartori• Responsabile Monitoring L2CAL: Giorgio Cortiana• Responsabile calibrazione CHA/WHA: Fabio Happacher• Responsabili HV system TOF: Sandro de Cecco, Daniele de Pedis, Stefano Giagu • Responsabile remote CO shifts: Fabrizio Scuri

– Altri incarichi:• Godparenting (referee interni) di 22 articoli in via di pubblicazione• Internal reviewing di molte altre analisi da approvare

• E poi c’è la FISICA! – Contributo determinante in molte analisi importanti (Bs Mixing, Higgs…) – Sviluppo di tools avanzati e di uso generale (B tagging, b-JES, forward tracking)

TEVATRON E CDF

Stato dell’acceleratoreL’ultimo anno di presa dati ha visto un’accelerazione nel miglioramento delle prestazioniRecords: 43/pb/w, 162/pb/mo, L=2.92E32

– Electron cooling in funzione, e in continuo miglioramento;

– Recycler usato di routine per l’iniezioneSmooth running

– Efficienza di presa dati >80%, perdite contenute:• 5% dead time (intenzionale - per massimizzare

l’output di fisica)• Start/end store (5%), problemi DAQ (5%)

Prospettive per il 2009Il sistema del recycler è nuovo, molti parametri da tunare

– “slow learning curve” – Interazione fascio-fascio la maggiore incognita

Gli upgrades al sistema di produzione, trasferimento, accumulazione, ricircolo, e raffreddamento degli antiprotoni sono molti – L’effetto cumulativo non si raggiunge in un solo step

Il margine per un ulteriore miglioramento è ancora molto ampio

Attualmente la luminosità integratamedia per settimana è di oltre 32/pb

Due ipotesi: B’, D’B’: NO improvements: 2.5/fb+108x32 = 5.9/fbD’: design slope : 2.5/fb+108x48 = 7.7/fb

Probabili 7/fb per la fine del 2009

D’

B’

Il rivelatore CDF• Rivelatore magnetico all-purpose• L00+SVX+ISL, 7 strati di silicio • COT, central tracker ||<1.1• CEM/PEM: elettroni identificabili fino a ||<2.0• CMU+CMP+CMX+BMU: camere a mu estese fino a ||<1.5• Calorimetri em(15%/sqrt(E)), had (80%/sqrt(E) )• SVT: misura online di Pt,, e IP delle tracce con risoluzione

di 45 m • Il tracker (SVX, COT) sopravviverà senza problemi fino

alla fine del 2009• Il trigger richiede costante attenzione upgrades a

XFT,SVT, L2CAL; aumento capacità DAQ

Il sistema di Trigger di CDF

• Il trigger è organizzato in 3 livelli– L1: hardware, sincrono

• processing in parallelo

• Pipeline 42 clock cycles deep

• decisione in 5s

• Accept rate max 35 kHz

– L2: hardware e software, asincrono• In media decisione in 30 s

• Accept rate max 600 Hz

– L3: software• Farm di PC

• Algoritmi offline ottimizzati

• Accept rate max 100 Hz

Trigger upgrades

A L1 resa 3-D la ricostruzione di tracce con l’upgrade di XFT

minore rate dei B-triggers a parità di efficienza

per L<140E30 ora più spazio per trigger migliori

A L2 una maggiore velocità di decisione permette di aumentare il L1A rate (L2 decision crate, pulsar upgrade)

maggiore efficienza su canali “difficili”

Avevamo 2 tabelle di trigger, ora una sola funziona bene anche a 3E32

Il dead time è ora a livello fisiologico (circa 5%) !

Per mantenere vivo il sistema di acquisizione ad alta luminosità sono serviti sostanziali miglioramenti all’hardware di L1 e L2: XFT-3D, SVT, L2CAL

Upgrade del trigger L2CAL Ad alta luminosità il vecchio hardware cluster finder non va bene:

– Energia trasversa mancante (MEt) e totale (t) calcolate con quantità di L1• Turn-on molto lento perdite di efficienza• Saturazione torri a 8 bit perdite di efficienza

– L’algoritmo PACMAN non funziona più• Topologie multi-jet indistinguibili, jet non più oggetti definiti, risoluzione energetica pessima

– Si possono aumentare le soglie delle torri in avanti, ma si perde comunque in efficienza– La cattiva definizione dei jets porta a crescite incontrollate con L

– 8 bit dei 10 disponibili• Perdite di risoluzione

– La sezione d’urto dei triggers cresce con il quadrato di L

Jet 40 xs (nb) vs L

Un “macrojet “!

Il nuovo schema

L’output del L1 viene spedito a 10 bit attraverso 20 nuove PULSAR alla CPU di L2

– Nuovo algoritmo• Più simile al “fixed cone” usato offline

– Elimina effetti da “ring of fire”• Migliore risoluzione energetica

– Turn-ons più rapidi • Migliore identificazione dei jets

– Beneficio per multi-jet triggers• Dijet mass triggers ?• Migliore MEt @ L2!

Fondamentale miglioramento per alcuni importanti canali di scoperta (ZHbb) e per ridurre i problemi di rate a alta luminosità

Hardware ready, fine installazione e run in parasitic mode continuato in un mese (verifica rates), commissioning entro lo shutdown dell’estate.

Altri sviluppi del trigger

Gigafitter: un progetto generale di hardware track fitting che applicato a CDF permette maggiore velocità ed efficienza di SVT, fits più precisi, possibilità di triggering

su tracce a maggiore rapidità e minor impulso– Basato su schede PULSAR e mezzanine cards, FPGA

– 500MHz clock, fits in parallelo che sfruttano meglio la memoria e accettano maggiori AM

– Possibilità di aggiungere patterns per barrel-crossers, multipli fits togliendo layers, parametri d’impatto fino a 3mm

B-tagging @ Level-2: Progetto per utilizzare al meglio l’output del nuovo L2CAL (jets ricostruiti con algoritmo a cono) e di XFT 3-D per identificare b-jets sfruttando la correlazione fra parametro d’impatto e angolo azimutalemigliore efficienza su Hbb (SM e MSSM), ZHbb, Zbb

Computing

I dati raccolti da CDF sono accessibili per analisi con breve iato (2 mesi), si sta lavorando a ridurlo

– 2/fb disponibili alle analisi che puntano a presentare nuovi risultati nell’estate 2007

Finora raccolti da CDF 2/fb 4E9 eventi

A FNAL: – Processing dei dati (anche usate per le ntuple dei

physics groups)– CAF per analisi (730 kSi2K nel 2007)– 50 TB per ntuple, altro spazio in arrivo (anche

dedicato agli utenti)

CNAF: 20% dedicato a CDF. – MC production ma non solo– B-Physics ntuples– High-Pt in corso di trasferimento – 43 TB usati, 32 liberi– 3000 kSI2K, 900 a alta priorità di CDF

Computing IINei prossimi anni si prevede la necessità di grandi risorse di CPU uso GRIDAccesso a GRID per produzione MC: NaMCAF, LcgCAF. LcgCAF: stesso metodo d’uso della CAF, con una messa a punto degli strumenti necessari

- CDF code Parrot- run condition DB Frontier (svil. CDF)- job monitor (custom)

Usata intensamente 01/07, altre produzioni massicce previste a breveUsata anche per altre CPU-intensive tasksContributo visibile a GRID, ampio uso delle risorse (15%), contributo al debugging degli strumenti

Picchi di 2.5k job segments(produzioni MC per winter 07)

GRID ACCESS

FARMS

Remote CO Shifts

• Pisa (resp. F.Scuri) ha costituito nella propria sede una “remote control room” per il monitoring della presa dati, sviluppando software per permettere shift remoti

– Running dei “consumers” per il controllo della qualità dati e il corretto funzionamento del detector: detector occupancies, trigger rates, luminosity, vertex position, physics objects, L3 reconstruction, calibration results

– Grande successo del progetto, pienamente operazionale

– Altre istituzioni stanno seguendo l’esempio di Pisa

• In una fase di running continuato gli shift remoti aiutano molto l’esperimento missioni a FNAL ottimizzate per presenze

qualificate (upgrade, analisi, …)evitano turni notturni a FNAL, sempre difficili

da assegnarecollaboratori stranieri hanno usufruito del

servizio!

RISULTATI DI FISICA

Ricerche del bosone di Higgs• Al Tevatron le segnature più significative sono tre:

– ppWHlbb– ppZH llbb (bb) – pp H WW

• Altri canali possono contribuire solo marginalmente a un risultato complessivo:– ppWHWWW, ppttH, VBF ppqqH

• CDF e D0 hanno poche chances di osservare un segnale inequivoco da soli, ancor meno in un singolo canale.

Essenziale è combinare l’informazione di tutti i canali assieme, e i risultati dei due esperimenti.

Il bosone di Higgs SM è leggeroI fit globali alle misure elettrodeboli hanno spinto il valore preferito per M(h)sempre più in basso a causa delle misure “alte” per M(W) e basse per M(t).

C’è ormai tensione fra i risultati di questi fit e i limiti di LEP II. H è certamente leggero - M(h)<144 GeV @ 95% cl, ma se si include il limite diretto di LEP II si ottiene solo M(h)<182 GeV. Il valore preferito dai fits è M(h)=76+33-24 GeV.

E’ ormai evidenteche la confermadel modellostandard èlegata a unbosone di Higgsinferiore a 200 GeV

Previsioni pre-Run IIPrima di discutere i risultati fin qui ottenuti dalle ricerche del bosone di Higgs SM, diamo un’occhiata a quanto si era previsto nel 1999 e 2003.

– Varie assunzioni:• risoluzione10% su massa dijet • B-tagging ad alta rapidità • Copertura angolare massima per

leptoni• Combinazione dei risultati di CDF e D0• Zero sistematiche (nel 2003)• Significato delle curve: “nel 50% dei

casi, il Tevatron esclude al 95% il range di massa [x,y] con L raccolta per esperimento pari a…”; “ottiene evidenza a 3-sigma…”; “osserva con significanza di 5-sigma…”

– I risultati dell’HSWG (FNAL/PUB/03-320/E) hanno confermato le previsioni del workshop precedente (SUSY-HIGGS 2000, hep-ex/0010338)

Con le analisi da poco completate per 1/fb da CDF e D0, siamo oggi in grado di verificare a grandi linee le previsioni di allora (lo vedremo poi)

7/fb

115

Alcuni fondamentali ingredienti • Leptoni

– L’identificazione di leptoni ad alto Pt in un range il più esteso possibile è un fattore cruciale sia a bassa che ad alta M(h)

• B-tagging– Fondamentale strumento per ridurre i

backgrounds di QCD ai decadimenti Hbb in tutti i canali di produzione.

• Molto lavoro recente• Loose, tight, ultra-tight più combinazioni

possibili migliore efficienza e S/N• Nuovo eccellente algoritmo: Roma tagger

• Jet energy resolution– Se si migliora (M)/M=12% 10%, ciò

equivale al 20% in più di luminosità integrata• TRIGGER!

– Fondamentali gli upgrades recenti:• Per le ricerche di Higgs leggeri, triggerare sul

parametro d’impatto aumenta fortemente l’efficienza del canale ZH bb

• Una migliore Missing Et è un grosso aiuto

CDF Montecarlo

b

c

light

NN b-tagging di Roma

• Un nuovo algoritmo di vertexing fornisce

osservabili addizionali:

– n. vertici, massa di ciascun vertice etc.

– tracce non appartenenti a vertici

ricostruiti

– Soft lepton

• Efficace separazione tra light,c,b jets

• Due vantaggi:

– Maggiore efficienza per lo stesso livello

di fondo rispetto a SecVtx:

+16% efficienza per Hbb : equivale a +30%

di luminosita’ integrata

– Variabile di tagging continua:

Migliora la sensibilita’ (da valutare)

• Primo utilizzo sara’ la misura di

)(

)( e

)(

)(

jZpp

cZpp

jZpp

bZpp

Sforzo della collaborazione per qualificare

ed utilizzare questo nuovo strumento

SecVtx Tight

SecVtx Loose

net gain +16%

Jet Et Resolution

L’altro fondamentale ingrediente per aumentare la sensibilità di CDF a un Higgs leggero: migliorare la risoluzione energetica dei b-jets.

Diversi algoritmi sulla piazza:

H1: uso tracker quando possibilePFA: separazione di adroni carichi e fotoni con tracker e calorimetro E.M.Neural networksHyperball algorithm

Risoluzione del 10% sulla massa di coppie di b-jets dimostrata nel 2003 (HSWG), e replicata con simili strumenti nel 2006.

Lo sforzo attuale è di combinare in maniera ottimizzata i vari algoritmi, e verificarne l’efficacia sulle risonanze utilizzabili nei dati.

Zbb e l’energia dei b-jets

CDF ha dimostrato l’estraibilità e l’uso del segnale Zbb nei dati del Run II:

– Trigger SVT dedicato– Tagli cinematici stretti, doppio b-

tagging– Complesso modeling del

background di QCD• S/N sempre inferiore a 1/15• Trigger bias difficile da studiare• Approccio statistico, uso delle

sidebands– N=5674±448(stat) eventi osservati,

b-JES = 0.974±0.011±0.017 (standard: 1.000±0.040 @Z)

La sfida è ora di utilizzare il segnale per mettere a punto algoritmi che perfezionino la misura dell’energia e la risoluzione

• Ricadute sull’errore sistematico dominante alla massa del top

• Ricadute sulle ricerche di Higgs

Ricerca di Higgs (1): WHlbbCanale “golden” a bassa massa invarianteIn realtà presenta notevoli difficoltà dovute alla complessità dell’analisi, che mette alla prova la nostra capacità di

– Identificare b-jets– Ricostruire masse invarianti con alta risoluzione– Prevedere forma e normalizzazione di backgrounds diversi con basse sistematiche

Per questi motivi, i risultati sono meno a ridosso della statistica disponibile, e ancora non in linea con le aspettative (1999,2003)

– Il ritardo si va riassorbendo e il divario con le previsioni diminuisce

Ricetta: trigger di leptone ad alto Pt, richiesta di Missing Et e 2 o 3 jets, uno (tight, NN) o due (loose) b-tags. Likelihood fit con templates di background e segnale.

(2) - ZHllbbIn questo canale è già in uso un metodo di correzione della massa con reti neurali, che riduce (M)/M dal 16% al 10% . L’uso di una seconda rete neurale bidimensionale discrimina da Z+jets e top, e incrementa di un fattore 2.5 la sensibilità rispetto a una semplice analisi dello spettro di massa invariante.

– 2 loose b-tags oppure 1 tight b-tag– 1 loose e 1 tight lepton (ee, )

Senza ulteriori miglioramenti,con 8/fb SMx5 @120 GeV

Si stanno studiando metodi per ridurre le sistematiche e per aumentare l’accettanza

(3) - ZHbbGrazie al discreto BR di Z in neutrini, questo canale è promettente se si riesce a migliorare l’efficienza di trigger.

L’analisi corrente (1/fb) usa MEt>50, Et1>35, Et2>25, Nj=2, tight b-tags, e ottimizza la sensibilità con tagli più duri su Et1>60, MEt>70, MEt/Ht>0.45, (j,MET)>0.8.Due regioni di controllo: QCD (veto su leptoni, <0.4), EW (>=1 leptone, >0.4).Nei singoli tags exp. 251±43, visti 268; nei doppi tags exp. 14.8±2.65, visti 16.

Il risultato è un limite a SMx20 al 95%cl., meno stringente di quanto atteso.Con un trigger migliore e una selezione basata su neural networks si può migliorare sensibilmente i risultati finora ottenuti.

(4) - HWWCanale promettente se M(h)>135 GeV, ma dà contributo anche a masse inferiori

Segnale pulito (due leptoni e Missing Et), cinematica del decadimento scalare leptoni a basso

Massa totale non ricostruibile ci si affida al calcolo della probabilità della cinematica osservata attraverso l’elemento di matrice del decadimento e un likelihood ratio

Analisi “matura”, notevoli miglioramenti dal 2006

HWW: risultati

Analizzati 1.1/fb, 286.1±23.3 eventi attesi, 323 osservati (e 3.9 attesi da H @160 GeV)– Ma il piccolo eccesso è a bassa

L.ratio (probabile fluttuazione di SM WW)

– Ottimo accordo in shape a alta LR

Limite alla sezione d’urto: SMx3.2 (@95%CL)

Anche senza miglioramenti all’analisi, con 7/fb/exp si esclude la regione [160,175] GeV

Da non distribuire, non ancora approvato! (e le stelline sono mie)Si nota che a 160 GeV CDF è a 3.2xSM (exp.5) da solo

A M(h)=115 GeV il limite è 12.2xSM (exp 7.7): le analisi vedono più eventi delle attese

– Fluttuazione che condiziona il risultato non poco– Canali meno sensibili non ancora inseriti– Anche D0 fa peggio del previsto in quella regione

Siamo in linea con le previsioni HSWG ?Scalando solo con sqrt(L) e assumendo stessi risultati da D0, facciamo peggio delle attese a bassa M e quanto atteso a alta M.La discrepanza per M<150 è dovuta alla grande complessità di quelle analisi

Nonostante il grande lavoro fatto fino a qui, c’è ancora molto da migliorare su

– B-tagging– Risoluzione sulla massa invariante– Accettanza– Riduzione sistematiche– Ottimizzazione triggers

CDF è come il vino… Migliora col tempo!!

Limite combinato CDF (PRIVATO!)

x4

x2

X1.7

OK!

Ricerca di Higgs MSSMPer ricerche di higgs neutri nel MSSM ci si basa su dei “benchmark scenarios” dipendenti solo da MA e tanLa produzione di h,H,A varia notevolmente al variare dei due parametri plots di esclusione standard nel piano tan(beta) vs MA

Ricerca più recente: 1/fb

Tre segnature diverse:-had (l+track trigger)e-had (l+track trigger)e- (dilepton trigger)

Leptoni isolati, tau adronici (1 o 3 tracce in cono stretto, isolamento energetico) – fondo dominante: Z

Il limite ottenuto è sensibilmente inferiore alle attese a causa della fluttuazione osservata nei canali e

L’eccesso osservato è dell’ordine di 2.1

Fisica Elettrodebole

• W mass: world’s best, con soli 200/pb!• W width: world’s best, con soli 350/pb!• WZ discovery (6)• ZZ evidence (3)• E molto altro (W asymmetry, WW

production, trilinear couplings, …)

Misura di M(W)• Con 200/pb CDF misura M(W)=80413±48 MeV• Risultato eccellente, ottenuto con un grande

lavoro nell’abbattimento delle maggiori sorgenti di errore sistematico

Misura diretta di w

• Una misura diretta della larghezza del W può essere compiuta con eventi fuori mass-shell, dove gli effetti di risoluzione nella misura di Mw sono piccoli

• Con 350/pb (e,) CDF misura W=2032±71 MeV

Osservazione di produzione WZ e evidenza di produzione ZZ

• Il processo ppWZlll è facilmente separabile dai pochi fondi elettrodeboli

– Identificati 16 candidati, fondo atteso 2.7±0.4 eventi– Risulta (WZ) = 5.0+1.8-1.6 pb (NLO: 3.7±0.3 pb)

• Il processo ppZZ è ricercato nei canali con 4 leptoni carichi o con 2 leptoni e energia trasversa mancante

– Fondi dominanti: DY, WW– Si trova (ZZ)=0.75+0.71-0.54 pb

• Altri due successi di CDF!

Fisica del quark topI campioni di top raccolti da CDF nel

Run II sono sfruttati per misure di precisione (M,) e per indagare molti dettagli del modello standard con fermioni della 3a famiglia

CDF eccelle soprattutto nelle misure di massa. Altre misure nuove o migliorate di recente:

– Misure di sezione d’urto– Ricerca di top singolo– Studio dei processi di produzione– Ricerca di risonanze t-anti t– Più molte altre (carica, spin, Vtb)

Impossibile discutere tutto, discuto nel seguito solo di

– Massa del top– Ricerche di single top production

Misure di massa del top

CDF ha investito in queste misure un enorme sforzo, ottenendo i migliori risultati in ciascuno dei tre canali principali

Sono possibili ulteriori miglioramenti:– b-JES ottenuto con Zbb– Nuovi b-taggers– Migliore risoluzione energetica dei jets– Nuove tecniche, nuovi campioni

M/M<1.1% !!

Le tre analisi più precise: (1) - Dilepton channel

Il canale “più pulito” raccoglie 78 eventi in 1/fb (50±2 di top)

Si usa una likelihood globale per evento in funzione di Mtop usando un integrale sullo spazio delle fasi pesato con funzioni di trasferimento (partonejet) e l’elemento di matrice relativo per la produzione top pairs al LO:

I backgrounds (DY, WW, W+jets) sono trattati allo stesso modo usando la loro probabilità relativa:

Risultato:Mtop = 164.5 ± 3.9 (stat.) ± 3.9 (syst.) GeV/c2

(2) – Single-lepton channel

Una likelihood globale che ingloba l’elemento di matrice della produzione tt e le funzioni di trasferimento partonejet è usato anche dall’analisi che ottiene la misura più precisanel campione l+jets, con 0.94/fb 166 tt candidati con W+3,4 jets (>=1 b-tag) sono selezionaticon tagli standard:

La misura usa la massa della coppia di jets assegnata al decadimento Wjj per ottenere un vincolo interno all’errore di scala energetica. Mtop e la sistematica sulla jet energy scale sono estratte congiuntamente dal prodotto delle likelihood di singolo evento.

(3) – All-hadronic channelAnche in questo canale la likelihood combinata con l’uso di LO matrix elements permette una misuraprecisa di Mtop

La selezione richiede 6 jets (Et>15 GeV, ||<2) e usa tagli cinematici ormai “standard” su Aplanarità:Et

3, centralita’ C>0.78, Et>280 GeV, e un taglio sulla “top likelihood” L<10 basata sull’elemento di matrice.

I templates di Mtop e di Mjj sono usati in un fit congiuntoa Mtop e alla jet energy scale.

Prospettive per MtopIl Goal del Run IIA è già stato superato con meno di metà della statistica previstagrazie all’abbattimento delle sistematiche legate alla jet energy scale e all’uso dimetodi avanzati di fitting

CDF con 6/fb andrà sicuramente al di sotto dell’1%, e CDF+D0 potrebbero raggiungere assieme un errore totale di 1.0-1.2 GeV.

Da questo numero da solo non si impara più molto, ma sarà un eccellente lascito a LHC per la calibrazione della scala energetica di CMS e Atlas!

Misure di tt

La precisione delle misure di sezione d’urto di topha raggiunto quella teorica ed è ora del 12%

Non un semplce “turning the crank! Analisi nuovee metodi di selezione dei dati e stima dei backgroundsempre più efficienti e precisi contribuiscono in maniera sensibile ai nuovi risultati:

- Et mancante + jets- miglioramenti al B-tagging

Ricerca di produzione di top singolo

t = 1.98 0.25 pb s = 0.88 0.11 pb

(B.W. Harris et al. Phys. Rev. D 66, 054024 (2002), Z. Sullivan, Phys. Rev. D 70, 114012 (2004))

background 549 ± 95

single-top 37.8 ± 5.8

total prediction 587 ± 95

observation 644

1 isolated high-PT lepton (e,)pT > 20 GeV, |e| < 2.0 and || < 1.0

Missing Et > 25 GeV

Njets= 2, ET > 15 GeV, || < 2.8, 1 b tag

CDF ricerca la produzione elettrodebole di top dal Run I.Segnale elusivo: piccolo, e segnatura facile da imitare

Tre analisi diverse: ME, NN, LD, basate sullo stesso dataset di partenza:

Single top: risultati• Una analisi (matrix element) osserva un segnale di 2.3 (compatibile

con previsioni) e misura (t-chan.) = 2.7 +1.5 -1.3 pb

• Due altre analisi (Neural network, 2-D likelihood discriminant) non vedono eccessi

• Consistenza dei risultati = 1%• Il single top verrà osservato da CDF con circa 4/fb

Fisica del B• Collisioni p-anti p: due enormi vantaggi, un problemino…

Alta sezione d’urto Democrazia nella produzione Backgrounds!

• CDF ha sfruttato egregiamente i campioni ad alta statistica raccolti grazie soprattutto a SVT, producendo molti risultati “world best” e competitivi. I più recenti e/o stimolanti:

• Osservazione delle Bs oscillations• Scoperta dei barioni Sigma_b• Misure di vite medie (Lambda_b) • Charmless decays• Sezioni d’urto bb

• Programma vastissimo, difficile da riassumere, e tuttora attivo– Nonostante i triggers siano ora focalizzati all’alto Pt, la maggior parte dei

dati raccolti da CDF viene ancora raccolta nella parte a minore List, quando i triggers dedicati al B sono pienamente efficienti

– Gli upgrades a XFT e SVT permettono maggiore efficienza nella raccolta dei campioni per B-physics in corso di riottimizzazione

Campioni di mesoni Bs

Sample (L 1fb-1) Yield

Fully reconstructed

(Bs Ds (3)Ds , K*K, 3)5600

Partially reconstructed

(Bs Ds*, Bs Ds missing 0, )

3100

Semileptonic

(Bs Ds(*) l l, l=e,)

61500

CDF raccoglie grande statistica di Bs sia nei canalisemileptonici che in quelli adronici grazie a SVT

La selezione dei campioni è stata miglioratadall’uso di reti neurali e PID per la riduzionedei backgrounds

Oscillazioni del BsL’analisi per la misura dell’ampiezza di oscillazione è stata recentementemigliorata da:- selezione basata su NN, PID- aggiunta modi di decadimento parzialmente ricostruiti- migliore combinazione dei b-taggers

Risultato che eccede 5

[CDF Collaboration; PRL 97, 242003 2006 ]

))cos(1(2

1);( tmAeAtP s

t

BB ss

Scoperta dei barioni bStati completamente ricostruiti:

Ennesimo successo del trigger adronico SVT

Misure in accordo con previsioni HQET

B lifetimes• CDF ha misurato la vita media di B° e

B+ in molti diversi stati finali precisi risultati in ottimo accordo con le medie mondiali

• Le misure di lifetime di b, ottenute da decadimenti completamente ricostruiti, sono più precise delle precedenti e in disaccordo per 3.2 con la loro media

• Il rapporto fra vite medie di b e B° è R=1.041±0.057, in accordo marginale con le previsioni teoriche

Misure di QCD• Nel terzo millennio la QCD non è più un mistero, ma rimangono da

esplorare i comportamenti “al limite” delle nostre capacità di indagine – quelli ancora non già inseriti o calibrati a sufficienza nei modelli:– Altissima energia (compositeness, tuning PDF)– Alta molteplicità, distribuzioni differenziali (parton showers, tuning MC)– Basso x, produzioni esclusive e diffrattive, processi rari

• Tre esempi da risultati recenti (1/fb) o innovativi:– Dijet mass cross section– Z+jet: sezione d’urto differenziale in funzione di

– Jet Et– Molteplicità– Rapidità

– Exclusive gamma-gamma production (0.54/fb)

• Naturalmente decine di altre analisi sono in corso e in continuo update – le mie scuse per il materiale non trattato

Dijet mass cross section• Misura effettuata con 1.13/fb usando l’algoritmo midpoint, R=0.7, |y|<1.0• La sezione d’urto copre 8 ordini di grandezza• Ottimo accordo con NLO pQCD e le CTEQ6.1M (r. & f. scales = <Pt/2>) fra 200

e 1300 GeV di massa invariante• Accuratezza della misura simile all’errore delle PDF• Dati utilizzati anche per ottenere limiti a strongly coupled resonances

Z+jet cross section• 1.05/fb dati, decadimenti Zee CC/CP (Et>25 GeV, ||<1.0/2.8)

– Tagli standard sugli elettroni ma NO isolation (per evitare perdite a alto Pt)• Jets ricostruiti con l’algoritmo Midpoint, R=0.7:

Et>30 GeV, ||<2.1• S/N 10:1 (1 jet), 5:1 (2 jets)• Misure corrette al livello adronico e confrontate con pQCD (incluse

correzioni non perturbative ph)• Ottimo accordo in Pt, rapidità, N(jet) al NLO

Produzione esclusiva • Processo molto interessante da studiare. No underlying event, pulizia “LEP-like” del detector• Solo ISR ha prodotto evidenza di produzione QCD esclusiva () in precedenza• Importante per lo studio della produzione esclusiva di H a LHC, che riveste grande interesse• L=532/pb raccolti da un trigger dedicato (veto BSC 5.4<||<5.9)• 3 eventi osservati, 0±0.2 attesi, =0.14+0.14-0.4±0.3pb, attesa =0.04 pb con grande incertezza

teorica (Durham group).

Hadron-hadron collision ??????

Ricerche di nuova fisica

I dati raccolti permettono di ricercare processi esotici in regioni finora inesplorate dello spazio dei parametri

CDF sta investigando in maniera sistematica un gran numero di segnature:– High mass searches (Z’, LED, …): risultati pubblici da 11 analisi– Leptoquarks: 7 analisi– SUSY: 16 analisi– Altre (technicolor, signature-based,…): 11 analisi

Nel seguito do solo breve menzione di una recente analisi che dà risultati suggestivi:

– Ricerca di like-sign dileptons

Like-sign dileptons• Ricerca di nuova fisica in 1/fb di dati con due

leptoni di carica eguale– Sensibile a processi SUSY in 3 leptoni– Sensibile a produzione di coppie di gluini

• Diversi campioni di controllo, misura di (W), (Z) come cross-check

• Due selezioni– Loose (2 high-Pt leptons, same sign): 33.7±3.5

attesi, 44 osservati– Tight (aggiunge MEt>15 GeV, Z veto): 7.9±1.0

attesi, 13 osservati– L’eccesso si situa ad alto Pt del primo leptone

• Da tenere d’occhio…

Lo stato di CDF in una slide• CDF pubblica ora con prontezza i suoi risultati

– 2003: 4 articoli– 2004: 17 articoli– 2005: 44 articoli– 2006: 55 articoli– 2007: 11 (e altri >50 in review) Esperimento in ottima salute, output di altissima qualità ad ampio spettro!

• “World Best” results:– Bs mixing observation– New baryons observation– Top mass (e altri top physics results)– WZ discovery, ZZ evidence– W mass , W width– Hadronic B decays & B lifetimes Comprovata eccellenza

• La manpower non è così critica come ci si aspettava:– 2007: 392FTE, 101 Post-Doc, 147 studenti (+30% rispetto alle previsioni 2005)– 2009: previsti 236 FTE / 53 PD / 77 ST– Bastano 100 FTE per operare CDF Finché ci sono collisioni ci saranno fisici a raccoglierle e analizzarle al meglio!

CONCLUSIONI• CDF può diventare l’esperimento più longevo nella storia della fisica

– Progetto <1980, costruito nel 1984, prime collisioni nel 1985, e poi• Run 0 1988/89• Run 1a 1992-93• Run 1b 1994-95 • Run 1c 1996• Run 2 2001-presente

– Una lunghissima lista di successi… e la volontà di continuarla oltre il 2009!

• Il Tevatron ha concrete chances di scoprire il bosone di Higgs• Il contributo italiano alle ricerche di H è determinante

• Già raggiunti e superati gli obiettivi ambiziosi del Run II• Osservazione Bs mixing, Top mass all’1%, World-best W mass

• CDF-Italia è un gruppo forte, coeso, result-oriented che contribuisce in modo determinante al successo dell’esperimento– Ed anche una eccellente fucina di nuovi fisici! – Il supporto di CDF-Italia all’esperimento lo mantiene in ottima salute!

BACKUP SLIDES

L’acceleratore Tevatron nel Run II

BKP - Upgrades del Tevatron

Electron cooling

BKP – Trigger upgrades

Dal 2004 anche in funzione un “uber-prescale” che abilita un triggers di alta xs in tempo reale, quando i buffers hanno bassa occupanza.

L2 decision crate: riceve input da 7 preprocessori, esegue algoritmi di ricostruzione e filtering “global decision”

– Upgrade: da sei tipi diversi di custom interface boards e altro hardware dedicato a una interfaccia universale “pulsar”, CERN s-link technology, e farm di PC linux

• Più facili miglioramenti successivi con processori più veloci

• Installato alla fine del 2005

BKP: prescales e bandwidth

SVT upgrade

Attivo da settembre 2005

Maggiore velocità di esecuzione con – nuove memorie associative miglior pattern recognition– Nuove PULSAR track fitting più veloce

7 kHz di bandwidth in più a luminosità istantanea doppia

L2CAL upgrade: Hardware

• Based largely on existing technology: Pulsar Boards + new mezzanine card to allow interface with LVDS cable input

• Pulsar (Pulser And Recorder ): general purpose VME board that interfaces with data via S-Link and LVDS cables ( on mezzanine ) – S-Link (CERN): Simple Link (80Mbits/sec)

• S-Link used to send data from the Pulsar to a PC via a PCI interface card (filar)

PC

Mezzanine x4

Examples of Monitor Display

Occupancy Monitor

Event Display

• All monitor displays are updated each seconds• Very useful to promptly detect new dead regions• Histograms available on web after update requests

NEW! Snapshot pictures (30 s update) available via WEB

BKP: monitors

NN tagger structure

New Vertexing

Tracks infoPV info SecVtx info JetProb info SLT info

Vertices NN

Tracks NN

3 flavour NN 5 flavour NN

b-q c-q b-c bb-b cc-c

multiple verticies

reconstruction

NeuroBayesTM

TMultiLayerPerceptron

outputs

Jet info

SM Higgs: Tevatron combination

Higgs raccolti con Missing Et + jet

Altri canali di ricerca di H SMDue altre ricerche di Higgs SM meritano menzione, nonostante il loro scarsoimpatto in un limite combinato.Una ricerca di produzione associata pptthttbb nel canale a leptone singoloè stata svolta nei primi 320/pb del Run II. Un leptone, missing Et, 5 jets, e 3 b-tags permettono di arrivare a un fondo atteso di 0.86 eventi, con 0.024 previsti dal segnale per M(h)=115 GeV, e un evento osservato.Il limite ottenuto è SMx168 al 95% Cl.

Un’altra analisi ricerca WHWWW in eventi con due leptoni di carica eguale, energia trasversa mancante, e nessun jet. Risultatiottenuti con 0.2/fb, aggiornamento non ancorapronto.

Improvements alla ricerca di SM H

BKP - M(t) vs M(W) – MSSM view

risultati

Il limite ottenuto èsensibilmente inferiorealle attese a causa della fluttuazione osservata nei canali e,L’eccesso osservatoè dell’ordine di 2.1,ma D0 non vede nulla…

Risultati contraddittori?!Matrix element: (t-chan.) = 2.7 +1.5 -1.3 pbNeural Network: (t-chan.) = 0.2 +1.1 -0.2 pb (s-chan.) = 0.7 +1.5 -0.7 pb2-D Likelihood discriminant: (t-chan.) = 0.2 +0.9 -0.2 pb (s-chan.) = 0.1 +0.7 -0.1 pb[SM: (t-chan.) = 1.98 pb (s-chan.) = 0.88 pb]

Consistenza all’1% tra i risultati

Ci si aspetta di osservare a 5 la produzione di top singolocon 4/fb di dati

Method Neural Networks Matrix Elements

Likelihood Function

1D 2D 1D 2D

Expected p-value

0.5% 2.6

0.4% 2.6

0.6% 2.5

2.5% 2.0

Observed p-value

54.6% 21.9% 1.0% 58.5%

Miscellanea top physicsW helicity in top decays: risultati precisi, errore ancora dominato dalla statistica, con tre analisi.

Top pair prod. mechanism: due metodi diversi

F(gg)=0.01±0.16±0.07

Risonanze in top-antitop (p.e. Z’ leptofobici):

M(Z’)>725 GeV @95%CL

Top lifetime, top charge, B(Wb), t’Wq, … vasto programma di studio con i campioni di top isolati da CDF

Bs mixing - CDF

Systematics Syst. [ps-1]

SVX Alignment 0.04

Track Fit Bias 0.05

PV bias from tagging

0.02

All other syst. <0.01

TOTAL 0.07

P-value distributionSystematics

p-value = 810-8 > 5

Decadimenti adronici charmlessGrazie al two-track-trigger di SVTmigliaia di decadimenti adronici sonosfruttabili per misure di ACP e decadimenti rari (BsK,bp,pK)

Ricerca di decadimenti Bs

Previsioni basate sulle analisicorrenti potrebbero esseretroppo conservative

Nuovo risultato a breve (1.2/fb)

CDF potrà escludere BR vicini a10-8

Ancora lontano da SM, ma molti modelli SUSY prevedono BR piùalto per questo decadimento

Understanding b xsections

Puzzles with b xsections @ the Tevatron [PRD73, 014026]A. Annovi, P. Giromini, F. Happacher, M. J. Kim, C. Paus, F. Ptohos, S. Torre

B+ xsec ±10% PRD 75, 012010Run II: single b xsec consistent w/ FONLL and among themselves

DRAFT: bb with pp --> bb --> ++XFit 2D d0 to extract bbbar componentConsistent w/ NLO & CDF/D0 (2 bjets)

A(pT 3GeV , | y | 0.7, 5 m 80GeV )

bb BR(bb X) 1414137pb

Fit projection

(±10%)

Measure effic. with J/

Miscellanea B physics• Bc: massa, vita media,

sezione d’urto• Decadimenti rari dei B• Osservazione di Bs**• Ricerca di Bs

Miscellanea esotica

VERY BACKUP SLIDES

BKP - Single top searches

Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as background like.

Il trigger di CDF

• Crossing rate 7.5MHz (396 ns between collisions )

• Level-1: Synchronous 40-stage pipeline (latency~5.5us)

• Level-2: Asynchronous 2-stage pipeline (latency~20us)

• Level-3: Full detector readout (PC farms run reconstruction)

• Mass Storage (< 75 Hz )

40kHz

1kHz

75 Hz

L2CAL Upgrade: hardware

PC

144 cablesfrom L1

144 cablesfrom L1

LVDS cablesfrom L1

32-bit @ 40 MHz (Slink)

Pulsarx6

Pulsarx6

Pulsarx6

SLink Merger

SLink Merger

SLink Merger

SLink Merger

SLink Merger

9us (132 towers X2)

14us312 towers

Last word arrives14us after level-1

accept

Clustering~5-10us

New vertexing algorithm

The most important new feature is a new vertexing algo that uses all tracks in a jet to try to find multiple vertices (primary+all secondaries)

• b-hadrons often produces more than one distinct vertex

• Jet containing two b-hadrons have even more

Tracks are unambiguously assigned to “closest” vertex based on their 2

Iterative procedure ends when no more track can be associated to any vertex

List of vertices found and associated tracks passed to next stage of NN (un-vertexed tracks and HF discrimination)

How does it work? - vertices NN

• Train NN to separate true HF

vertices (all tracks from b-

decay) from light/fake vertices

• Uses NeuroBayes™ package

to select 5 most significant

variables and train NN

• Every vertex found in a jet

(including primary) passed

through the network

Plots di backup per ZHbb

BKP - Single top searches

Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as background like.

Bs mixing in a nutshell

ms @ CDFII – Flavour Tagging

• e, charge• Jet charge• K charge

Opposite Side Tagger Same Side Tagger

• Bs will often be produce with a K

•Combine PID & kinematics

Tagger D2 (%)

OST NN 1.8 ± 0.1

SST

hadronic

semileptonic

3.7 ± 0.9

4.8 ± 1.2 Combined in the final likelihood

NN

Fragmentation

wrongright

wrongright

NN

NND

= tagging efficiency

ms @ CDFII – Proper time

D decay B

decay

KlDBp

lDBLBmc

ssT

ssxys )/(

)/()(

KLpc

c K

xy

L

T

p xyT

)(

ms18ps-1

Sample (c)>

Fully reconstructed 26m

Partially reconstructed m

Semileptonic 45m

Lxy

Fully reconstructed)(

)()(

sT

sxys Bp

BLBmc

SemileptonicPart. reco’ed