Ricerche di segnali oltre il Modello
Standard
T. Lari, INFN Milano
Con sentiti ringaziamenti a Claudio Gatti, Antonio Salvucci, Guido
Ciapetti, Claudia Gemme, e Andrea Ventura che mi hanno aiutato a
preparare questa presentazione
Her mission: to explore strange, new worlds…
to boldly go where nobody has been before
Paramount Pictures, Star Trek: The original series
1
Overview
• Attività in cui sono coinvolti gruppi italiani:
– Supersimmetria, canale con due leptoni getti e MissingEt (Lecce, Milano,
Pavia)
– Particelle pesanti cariche a lunga vita media (Genova)
– Decadimento di particelle neutre a lunga vita media nel rivelatore (Roma1,
Cosenza)
– Risonanze in due muoni ad alta massa invariante (Roma3, Frascati)
• Le persone interessate a questi canali hanno passato la maggior parte
del 2010 in studi di Combined Performance o di processi di Modello
Standard rilevanti per il canale in questione
• Con 40 pb-1 abbiamo tuttavia una sensibilità maggiore di quella del
Tevatron per tutti questi canali. Ci si sta quindi preparando a
contribuire alle prime pubblicazioni sull’argomento
2
Supersimmetria
• LHC ha un forte vantaggio sul Tevatron nella produzione di
particelle pesanti (>400 GeV) via interazione forte.
~
~
• Il limite attuale (in mSUGRA, per m(q) = m(g)) sulla massa del gluino
è di 390 GeV. Se esiste un gluino da 400 GeV LHC ne ha già
prodotti molti di piu’ del Tevatron:
_
~
~~
s(pp → gg, s1/2 = 1.96 TeV, m(g) = 400 GeV) ~ 4 fb
32 in 8 fb-1
~
~ ~ s1/2 = 7 TeV, m(g)
s(pp →gg,
= 400 GeV) ~ 10 pb
400 in 40 pb-1
• L’obiettivo del gruppo SUSY è la
pubblicazione questo inverno di un
gruppo di articoli che permetta di
esplorare una regione al di là dei limiti
del Tevatron
• La sfida è avere un controllo delle
sistematiche sufficiente
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Un esempio di limite atteso per 20 pb-1
Piani gruppo SUSY
Articoli previsti per questo inverno:
• jet+ETMiss+n leptoni (n=0,1,2)
– Sensibili alla produzione di una coppia di particelle fortemente
interagenti, in cui ciascuna decade in una particella invisibile e getti
– La sensibilità relativa di n dipende dal branching ratio in leptoni nella
catena di decadimento, che dipende dal modello: molti leptoni se
domina la catena q~ → ~c02 q →~l l q → ~c01 l l q
– Contributo italiano (Le+Pv+Mi) al canale con 2 leptoni
• bjet+ETMiss
• Particelle pesanti cariche semistabili
– Sensibili a sleptoni e “R-adroni” contenenti un gluino
– Pixel, tile e muoni sono tutti sensibili indipendentemente a particelle
pesanti lente con misure di timing e dE/dx
– Contributo italiano di Genova per la parte con il dE/dx dai pixel
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Analisi SUSY 2-leptoni
Lecce Milano Pavia
Candidati: trigger leptone singolo, due leptoni di segno opposto (ee, em, mm),
EtMiss > 100 GeV.
Fondo principale (>90%): tt → lnb lnb.
Il segnale viene cercato come un eccesso nel numero di eventi osservato
rispetto a quello atteso – il punto cruciale è la stima dell’errore sistematico
sul fondo atteso
Una variante dell’analisi misura N(ee)+N(mm)-N(em) che si annulla per ttbar.
Events in 40 pb-1
ee+mm
em
19.4
18.8
-
-
W,Z,VV,single top
2.2
1.7
Total SM
21.6
20.5
MSSM29
32.8
4.3
tt
QCD
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Contributi italiani
Lecce Milano Pavia
Milano, Pavia, Lecce (e Belgrado) collaborano da anni in
questo canale. La produzione di ntuple è in comune. Brevi
(~1h) riunioni settimanali per discutere i risultati e come
procedere. In particolare lavoriamo a:
• Stima della QCD (Milano, Pavia)
• Stima del fondo di top (Milano, Pavia)
• Efficienza di trigger di muoni (Lecce)
• Analisi stream egamma (ee+em) (Milano)
• Analisi stream muoni (em+mm) (Pavia, Lecce)
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Studi di trigger
Lecce Milano Pavia
• L’efficienza di trigger misurata con
due metodi
– Tag and probe con la Z
– Selezionando muoni nello stream di
JetEtMiss
• Buon accordo tra i due metodi
• I problemi di allineamento nel
periodo F sono stati risolti nel
periodo G, migliorando di ~6%(4%)
l’efficienza nel barrel (endcap)
JetEtMiss, endcap
G: p0 = 90.8 0.6 %
F: p0 = 87.0 0.6 %
JetEtMiss, barrel
Tag and probe
G: p0 = 77.1 0.7 %
F: p0 = 71.2 0.7 %
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Studi dei fondi
Lecce Milano Pavia
• Eventi con un almeno leptone fake (QCD,
W+getti)
– Nel canale con due elettroni otteniamo una
buona stima della shape delle distribuzioni di
QCD da eventi con un elettrone loose. La
normalizzazione del fondo si puo’ ottenere da
eventi di stesso segno a bassa EtMiss.
– Nei canali em, mm finora prendiamo la shape del
fondo da Montecarlo, ma stiamo studiando
campioni di controllo per verificarla o prenderla
dai dati (eventi con muoni non isolati o con
parametro d’impatto significativo)
• Eventi ttbar
– Per una stima basata su MonteCarlo, stiamo
guardando i campioni utilizzati dal gruppo del
top per calcolare la sistematica sull’accettanza
della sezione d’urto ttbar.
– Stiamo studiando campioni di controllo in cui si
selezionano eventi con una cinematica
compatibile con le relazioni di massa note in un
decadimento ttbar doppio leptonico
Isolamento ETcone0.2/pT, coppie
SS. Linea rossa: QCD stimata
MCT2(jj) = m2(j1)+m2(j2)
+2[ET(j1)ET(j2)+pT(j1)pT(j2)]
Massa cotransversa dei due
getti piu’ energetici. Per ttbar
MCT < 135 GeV.
8
Genova
Particelle cariche massive
•
•
•
•
Dal valore di dE/dx nei pixel e del momento si può
ricavare la massa.
Le masse di p,K,p vengono utilizzate per calibrare i
parametri della relazione.
Il deuterio (da interazioni nella beam pipe) viene usato
per capire se l’estrapolazione a masse pesanti
funziona.
Si osserva uno shift di massa attribuibile alla non
corretta ricostruzione del momento per particelle
diverse dal pione a bassi impulsi (bg<1.2). Infatti la
ricostruzione assume che tutte le tracce siano pioni,
sottostimando cosi’ la perdita di energia nel materiale
nel caso in cui non lo siano.
mD = 78 MeV
mp = 4 MeV
9
•
•
mPixel (GeV)
•
•
•
Genova
L’effetto su particelle pesanti ad alto
momento risulta in uno shift di ~ 10% ma non
nell’allargamento del picco di massa.
Particelle esotiche possono essere prodotte
con sezioni d’urto fino a ~100 pb e
apparirebbero come un picco ad alta massa
La misura può essere correlata con quella
ottenuta con tile, muoni (tempo di volo) e TRT
(tempo di volo, dE/dx)
L’ottimizione dei tagli per ridurre i fondi (che
comunque sono molto piccoli) è sotto studio.
L’obiettivo è un articolo con almeno tile e pixel
questo inverno.
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Detection of Higgs decay to Long Lived Neutral Particles
Cosenza, Roma1, Seattle.
•Many recent models predict long-lived neutral states from hidden/dark sectors.
• Transition to our sector possible at LHC energies.
•Higgs can be a mediator between these sectors and our sector.
•Specific triggers needed to detect LLNP decays in ID, Calorimeters and Muon Spectrometer
M. Strassler & K. Zurek, Phys Lett B
661 (2008) 263-267
B pairs-jets
Arkani-Hamed et al Arxiv :0810.0713 /
M.Strassler & N.Wainer
T.Volansky et al.- JHEP
1005:077,2010
Lepton-jets
Used as benchmarks for the development of L2/EF specific triggers
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Cosenza, Roma1
Performances of Hidden Valley L2 Triggers
3 new HV L2 triggers :
•
2MUL1_j30_HV
~ 55%(B)-50%(EC) selection efficiency for decays in the MS
•
J30_L1TAU_HV
•
J30_trackless_HV <10% selection efficiency for decays in the ID
~ 80%(B) 55%(EC) selection efficiency for decays in the HCAL
Accepted by the TGMSG and active with no-prescale since begin Oct
Results from RUN 166658 – L 9 10E31 233 bunches
•2MUL1_j30_HV
0.5 Hz
•J35_L1TAU_HV
0.4 Hz
•J30_trackless_HV
0.1 Hz
(L1 2MU6)
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Cosenza, Roma1
Event Filter/Off-line analysis
Vertex finding in MS algo developed (based on new low pt track finding + VKalVrtFitter from V.Kostyukhin)
Efficiency wrt Moore vs pt
V-pion pair decay probability (%)
Δα
for 1.5 m decay path
ID
Δb
HV vetrtex fining efficiency: 88% ( Barrel ) 44% (EC)
Dz
DR
EM
HAD
ID
15.5
EM
12.4
2.6
HAD 10.5
3.7
1.6
MS
out
MS
10.2
3.8
3.2
1.7
out
15.1
5.4
5.1
5.4
3.8
7.1
3.8
Analysis
Tot 63.7 strategy:
15.5 9.9
•Seed event search with MS vertex
•Request of addtional signal in CALO/ID
•
•
End of 2010: with ~ 10-20 pb-1 evaluate trigger background rate and tuning of event
selection criteria. Skimming/ntuples production started.
Next year: for the Hidden Valley model with b-bar final state assuming a branching
fraction of 100% for h→πvπv and a lifetime of 1.5 m, every 100 pb-1 we expect ~400
events selected at L2 and ~40 events with MS identified vertex. Upper limits for the
three models in various regions of the parameter space can be obtained.
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Ricerche di Z’
Roma3, Frascati
Segnale molto pulito (S/B >> 1)
Possibilità di stabilire un limite competitivo a partire da circa 20 pb-1
Per questa analisi è molto importante conoscere la risoluzione dello spettrometro
Figure e tabella per una Z’ di 1000 GeV e s1/2 = 10 TeV.
A 7 TeV la luminosità richiesta e circa un fattore 3 maggiore
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Studi di risoluzione
Roma3, Frascati
La risoluzione stata studiata
dalla lineshape della Z
Conoscendo la risoluzione e’ possibile
ridurre l’effetto del misallineamento
sul potenziale di scoperta del 50%
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Future activities
After the effort for the top x-section measurement, U.De
Sanctis (Udine) would start an activity within the Exotic
group.
Probably part of the Udine group will move after Moriond
towards new physics searches.
Possible interests: high-mass resonances decaying in
ttbar and WW.
A MC study at 10 TeV for the WW semileptonic channel
has already been done in the past. (see
http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=5&resId=0&materialId=slides
&confId=66053)
For the time being, the idea is to start the study of the
W+jets SM background in this particular phase-space
corner.
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Conclusioni
• La ricerca di nuova fisica alla scala del TeV e’ uno dei motivi
principali per cui e’ stato realizzato ATLAS.
• Stiamo ora per cogliere i frutti di una luuunga attesa – i dati gia’
disponibili ci consentono esplorare la terra incognita al di la’ dei
limiti esistenti!
• Per Moriond ci possiamo aspettare che i limiti piu’ stringenti su
molti modelli di “Nuova Fisica” vengano da LHC – o forse avremo
la prima evidenza di un segnale
• I gruppi italiani sono coinvolti su alcuni scenari che possono
essere esplorati con questi primi dati
• Dopo aver contribuito al commissioning su aspetti legati ai canali
di interesse, si preparano adesso a contribuire ai primi articoli di
ricerca
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Backup
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Slide rubata a G. Polesello
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