summary della sessione parallela standard model + Higgs

Patrizia Azzi INFN PD

Stato del modello standard

summary della sessione parallelastandard model + Higgs

Conveners: Patrizia Azzi (INFN-Padova)

Fulvio Piccinini (INFN-Pavia)


GRAZIE a tutti gli speaker!!!(in ordine di apparizione)

Massimo Passera

Federico Nguyen

Maria Paola Lombardo

Andrea Parenti

Pierpaolo Mastrolia

Andrea Banfi

Paolo Bolzoni

Sofia Vallecorsa

Monica Verducci

Sandro Uccirati

Sara Bolognesi

Paolo Ciafaloni

Alessandro Vicini

Filippo Ambroglini

Ambra Gresele

Simona Rolli

Andrea Dotti

Giuseppe Bozzi

Stefano Rosati

Andrea Bocci


Introduzione(“Il modello standard con gli

acceleratori”)

• Fit elettrodeboli:– Fisica di bassa energia: g-2 e R

– Eredita’ di Lep, Tevatron Run I

– M(top) e M(W) a Run II e LHC

• QCD ai colliders + teoria:– Fondo e fattore limitante nelle misure ai collider adronici

(precisione o scoperta)

– Test di QCD come teoria di gauge

• Ricerca dell’Higgs

• [Non discusse prospettive per ILC e molto altro…]


Low energy

High Energy


Risultati recenti su g-2 del muone

aµ = 116592080 (63) x 10-11M. Passera


Contributo adronico al g-2

Due metodi per la determinazione delcontributo adronico a g-2:– in e+e-– dal decadimento del tau

aµππ (10-10 )

unofficialunofficial

CMD-2(95)

CMD-2(98)preliminary

KLOE

SND(rev.)preliminary

aµππ for 610 MeV < √s < 960 MeVaaµµππππ for 610 for 610 MeV MeV < < √√s s << 960 960 MeVMeV

from I. from I. Logashenko Logashenko @ Novosibirsk@ Novosibirsk’’0606

Nuove misure e revisione delrisultato di SND mostrano buonaccordo

Confermata una tendenza delle misuree+e- a divenire piu’ consistenti fra loro eMENO consistenti con quelle del tau


Stato della conoscenza di Δα had

Situazione sperimentale:

• Attuali migliori misure daBES

• In corso: analisi misure diBabar stati finali multiadronici

• Futuro (2010?): VEP2000 eDaphne 2– 2 a 3 volte meglio di Babar

estrapolato a 1ab-1

F. Nguyen

√√s [GeV]s [GeV]

σσ [m

b] [

mb]

KLOEKLOE

CMD-2 & SNDCMD-2 & SND

BABAR (BELLE) BABAR (BELLE)


Sviluppi teorici nella misura di RGeneratori di eventi per la determinazione della luminosita’ con

Bhabha a grande angolo fondamentali nella misura di R

* New implementation of radiative corrections: matching tra PS e exact order alpha. Theoretical uncertainty reduced to O(0.1%) C.M.Carloni Calame et al. In progress* Agreement with BHWIDE <0.1%* Comparison with existing 2 loop calc. : agreement better than 0.1% @sqrt(s)=1 GeV Bonciani, Ferroglia, Mastrolia e Penin

Errore teorico (0.5%) > errore sperimentale(0.3%)

Confronto di BabayagaAll’ordine α2 con un calcoloCompleto a 2 loop delle Correzioni fotoniche (prelim.)


Da low energy a high energy

• Per misure dirette di m(W) e m(top) serve l’energiae la luminosita’ dei collider adronici

• Non solo, serve anche conoscere bene:– PDF: misura di precisione e su grande range di x e Q2

– DIGRESSIONE: QCD ai colliders• Comprensione dell’ambiente di collider adronico: minimum bias

e underlying event

• Correzioni QCD (PT e risommazione) e elettrodeboli

• Implementazione in generatori Montecarlo– Generatori ME+PS e NLO e NNLO


Rilevanza delle PDF

The kinematic regime at the LHC ismuch broader than currently explored.

At the EW scale (ie W and Z masses)theoretical predictions for the LHC aredominated by low-x gluon uncertainty

At the TeV scale, uncertainties in crosssection predictions for new physics aredominated by high-x gluon uncertainty


The x dependence of f(x,Q2) is determined by fits to data, the Q2dependence is determined by the DGLAP equations.

Misure recenti di PDF a HERA

A. Parenti


Misure attuali di jet inclusivi alTevatron

Le misure di produzione inclusiva di jet di alto pt al Tevatron sono uno degli input ai fit delle PDF

S. Vallecorsa


PDF a LHC

• Precision Parton DistributionFunctions are crucial for newphysics discoveries at LHC and totune MonteCarlo studies:– PDF uncertainties can

compromise discovery potential(HERA-II: significant improvementto high-x PDF uncertainties)

• At LHC the major source of errorswill not be statistic butsystematic uncertainties

• Standard Model processes like DirectPhoton, Z and W productions aregood processes:– to constrain PDF’s at LHC,

especially the gluon– to calibrate the detector

• Example: Z+b-jet Measure the b-quark PDF bb->Z @ LHC is ~5% of entire Z production. Knowing σ(Z) to about 1% requires a b-pdf precision of the order of 20%. HERA current measurement far from this precision.

M. Verducci


Misura di PDF a LHC (II)

S. BolognesiEsempio: produzione di W


Risommazione

Sezione d’urto di produzione di Higgs

Program available for automatedfinal state resummation: caesar

WHY? Increases range of validity of PT predictions Includes automatically potentially large higher order corrections

A. Banfi, P. Bolzoni


Sviluppi recenti in pQCD

More reliable normalization

P. Mastrolia


Bottleneck!

• Bottleneck per i calcoli NLO e’ il contributo virtuale neiprocessi a multi-leg

• Molta attivita’ nel settore:– tecniche semi-numeriche per il calcolo dei diagrammi di Feynman– tecniche analitiche basate su formule di ricorrenza dedotte con

calcoli string-inspired

• Permettono di ricavare formule analitiche per tree-level amplitudesmolto compatte

• Queste formule poi possono essere utilizzate per il calcolo di ampiezzeNLO


Stato attuale implementazioni MC

• LO: generatori di eventi ME per un grande numero diprocessi ( anche con alte molteplicita’ di partoni duri)– ALPGEN, MADGRAPH, SHERPA

• NLO: integratori di ampiezze NLO disponibili per processicon un limitato numero di partoni nello stato finale– MCFM, NLOJET++

• Matching:– fra PS e NLO in MC@NLO per i processi per cui esiste il calcolo

NLO

– fra PS e ME in CKKW per processi anche a grande molteplicita’

MCWS: MonteCarlo Workshop per LHC 2nd meeting Frascati 22-24 Maggio 2006

http://www.le.infn.it/mcws


Produzione W+jets e test ME+PS MC


Studi di Minimum Bias e UnderlyingEvent a LHC

• Studio della “soft” QCD– I Modelli forniscono una connessione profonda ad

aspetti fondamentali delle collisioni adrone-adrone• Struttura degli adroni, Fattorizzazione delle interazioni

Tuning dei Modelli Monte Carlo• Comprensione del rivelatore

– Occupanze, Backgrounds etc.

• Calibrazione di tools di primaria importanza– Jet Energy, Missing Energy, Jet Vetoes, Vertex

Reconstruction, Photon/Lepton Isolation

F. Ambroglini


Minimum Bias vs Underlying Event

• Generica interazione particella-particella.

• Elastici + Inelastici (inclusi Diffrattivi). ~100 mb @ LHC. Soft. Low PT, low Multiplicity.

• All’LHC, molte interazioni MB possonoaver luogo in un singolo beam crossing.<Nint> = Linst * s. MB può anche essere registrato se sono

prodotte altre interazioni in grado diattivare il trigger.

Pile-up effect.

• Tutta l’attività di una singolainterazione particella-particella oltreal processo “interessante”.

– Initial State Radiation (ISR).– Final State Radiation (FSR).– Spectators.– MPI interazioni partoniche multiple

[T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987)2019]

• UE è correlato al relativo processo“interessante”: l’attivitàdell’underlying event cresce con lascala di energia del evento associato

Studio di molteplicita’ e PT

delle tracce cariche in eventiDY-->µµPt>0.5 GeV


Correzioni elettrodeboli alla scaladel TeV

• E’ stato visto che a LHC le correzioni elettrodeboli possono darecontributi significativi.

• Esempio produzione tt:

• Esempio: produzione singolotop– Tree level ~α2

W

– Correzione ~αWα2Slog2(Q2)

Moretti, M. Nolten, D. Ross, hep-ph/0603083

P. Ciafaloni


Correzioni EWK a Drell-Yan

• Le correzioni EWK ai processi DY sono rilevanti ai fini dellemisure di precisione a LHC (es. M(W))– ΔM(W-->µµ) ~ 150 MeV

– ΔM(W-->ee) ~ 70MeV

• Esistono vari generatori che implementano correzionielettrodeboli in diverse approssimazioni (RESBOS,WINHAC, W/ZGRAD, SANC, DK)

• HORACE (C.M.Carloni Calame et al.) generatore MC:– Disponibile per DY con corrente carica e neutra con correzioni LL e

parton shower per le correzioni multi-fotoniche– Per DY di corrente carica con correzione ad ordine alpha esatto

con matching alle correzioni multi-fotoniche di parton shower

A. Vicini


Prospettive misura M(W) a LHC

S. Bolognesi


Incertezze su M(W)


Produzione di coppie top

85% 15%

Al Tevatron:

A LHC:

Δσ/σ=11%


Produzione EWK di top singolo acollider adronici

NA< 4.4 pb< 5.0pbD0 (370 pb-1)

< 3.4pb NA< 3.1 pb<3.2pbCDF(695 pb-1)

62 +17-4 pb247 ± 25 pb10.6 ± 1.1 pbLHC σNLO

0.1 pb1.98 ± 0.25 pb0.88 ± 0.11 pbTeVatron σNLO

Combined (s+t)Associated tWt-channels-channelM(top) = 175 GeV/c2

Nuovi risultati mostrano limiti miglioratisignificativamente

5 s discovery before 2007?

S. Rolli


Nuova media mondiale m(top)

• Tevatron March 2006 combinazione dei risultati di CDF+D0 Run I+II:m(top)= 172.5 ± 2.3 GeV

– Incertezza all’1.3%

Lezione (ottimista) per LHC:

errore attuale delle misure di

CDF-only gia’ migliore delle

previsioni del TDR

A. Gresele

<2 GeV all’inizio di LHC!


Massa del top a LHC

L=300pb-1

Risoluzione=15.4 GeV

L=10fb-1

Alta luminosita’Tagli ottimizzatiPerfect btagging

A. Bocci

A. Dotti


Limite su m(H)

Sviluppi teorici recenti: calcolo di sin2(θ)eff a due loop (contributo fermionico). In progresso calcolo del contributo bosonico. S. Uccirati


Produzione di Higgs ai collider adronici


Stato dell’arte teorico per laproduzione di Higgs

• Gluon Fusion:– gg-->H

• NLO calcolo esatto• NNLO nel limite di m(top)->infinito con risommazione: incertezza 10-

15%

– gg->H+X : approccio alternativo• NLO + risommazione: k~60% e incertezza 20%

• VBF– NLO: aumento 5-10% e incertezza al livello di %

• ttH– NLO: aumento 20% e incertezza del 15%

• Tuttavia, generatori MC disponibili al NLO solo per gluonfusion– Programmi di integrazione al livello partonico esistono per (quasi)

tutti i processi pero’ non sono semplicemente utilizzabili


Canali di decadimento e BR

• I canali piu’ rilevanti per la

ricerca sono quelli con:

- rate di eventi sufficiente

- possibilita’ di trigger

- buon segnale/fondo

• Hγγ

• HZZ(*)4leptoni

• HWWlνlν

• Hττ (VBF)

• HWW (VBF)• Hγγ , Hττ , HWW (VBF) molto rilevanti per piccole masse (MH<130 GeV), Hbb solo in produzione associata (ttH)

• HZZ(*)4l , HWW per masse piu’ grandi


Sommario dei potenziali di scoperta

• Enfasi ora su full-simulation e full-reconstruction per tutti gli studi, con il rivelatore come sara’ al giorno 1

• ggF: la significativita’ aumenta del ~50% andando da LO a NLO

• Con combinazione dei canali ~15 fb-1 necessari per la scoperta


Conclusioni

• Il modello standard sembra godere di ottima salute• Da notare i primi risultati del tevatron con statistica di 1fb-1

che congiunte a tecniche di analisi piu’ sofisticatepermetteranno di ottenere fisica di precisione anche alTevatron

• In vista della partenza di LHC a fianco degli sviluppi ditecniche per la calibrazione dei rivelatori e tools di analisi,sono necessari calcoli teorici sempre piu’ sofisticati persfruttare appieno la precisione sperimentale raggiungibile– Un esempio: ΔM(top) scendera’ presto sotto i 2 GeV. Rivisitazione

delle problematiche (anche teoriche) nella misura della massa epossibili studi


Nuovi risultati di m(W) da LEP


Transizioni di fase in QCD

• LHC sara’ in grado di fornire collisioni fra ioni pesanti ad energie di 5.5TeV per nucleone.

• In tali regimi posso avvenire transizioni di fase

• Si passa attraverso la fase di deconfinamento di quark e gluoni (QGP)

• Con calcoli sul reticolo si possono

studiare le caratteristiche della

transizione tra la fase deconfinata

e la fase di gas di adroni

(confinata)

LHC

M.P.Lombardo


Low energy

High Energy

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