A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 1 Highlights dal Tevatron Non rassegna di risultati ma...
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A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006
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Highlights dal Tevatron• Non rassegna di risultati ma rassegna
specifica di: tematiche metodologie sensibilita’ prospettive
• L’accento e’ sul “lascito” a LHC
A. Castro - Universita’ di Bologna
A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006
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Il Tevatron
Collider p pbar :– Energia CMS =2 TeV – 36x36 pacchetti, separati da 396 ns– 2 punti collisione
antiproton recycler (accumulatore)
• Electron cooling (quest’anno)• Operativo dall’Autunno 2005• aumento 40% in Luminosita’
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Luminosita’ del Tevatron
300 pb-1 ~ 1 fb-1
Luminosita’ di picco Lumin. integrata / Esperimento
2002 2003 2004 2005 2006 2002 2003 2004 2005 2006
• Luminosita’ di picco record: 2.2 x1032 cm-2 s-1
• Luminosita’ integrata:– record settimanale: 33 pb-1 /settimana/expt –Totale fornita: 1.7 fb-1 /expt. Totale registrata: 1.5 fb-1 /expt
•Futuro: ~2 fb-1 by 2006, ~4 fb-1 by 2007, ~6-8 fb-1 by 2009
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Futuro del TevatronTotal Luminosity (fb-1)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10/1/03 9/30/04 9/30/05 9/30/06 9/30/07 9/29/08 9/29/09
Design
Base
SiamoQui’
Da 4 a 8 fb-1
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Fisica al Tevatron
con 1 fb-1
1.4 x 1014
1 x 1011
6 x 106
6 x 105
14,0005,000
1000~100100 ~10
(barn)
• QCD
• Heavy Flavor
• ElectroWeaK
• TOP Quark
• NEW Physics
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Programma al Tevatron - I -•Misure di precisione dello Standard Model
– Parametri fondamentali: MW, Mtop, …– Spettroscopia: X(3872)->J/ , B1, B2*, Bs2*, “pentaquarks”, …– Produzione heavy flavor, decadimento:B, Bc+,
B, B->DD, , K, …
Bd, Bs mixing, violazione di CP: Acp(B→hh),
Acp(D0->K), ASL, …–Parton distribution functions: u(x)/d(x), g(x), …– Sezioni d’urto: W,Z, tt , …
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Programma al Tevatron - II -
• Ricerche (oltre) SM (dirette e indirette)– Higgs– Supersimmetria– Large extra dimensions– Nuovi bosoni di gauge – Nuovi fermioni– Ricerche signature-based–…..
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Rivelatori al Tevatron
Trigger L2 su vertici displaced Eccellente risoluzione tracking
Eccellente ID e accettanza per Eccellente accettanza tracking || < 2-3
Entrambi i rivelatori
•Silicon microvertex tracker•Solenoide•High rate trigger/DAQ•Calorimetri e muoni
CDF
DØ
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Avviso
In molti casi risultati di CDF e D0 simili Anche le tecniche sono simili Talvolta D0 presenta risultati con minore luminosita’ (per il momento) Misure importanti (MW, Mtop, tt) vengono/verranno combinate Per semplificare la esposizione, ed evitare duplicazioni e parlero’ soprattutto di CDF (senza nulla togliere a D0!)
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TOP: Dalla scoperta alle misure di precisione
• Analisi finali Run 1 ~110pb-1 ~ 30 eventi per esperimento
• Run 2: era della precisione!Raccolto > 1 fb-1
~ *10 piu’ dati (finora)
• Il Tevatron e’ il solo posto dove studiare il top fino all’era LHC
Il Top ha compiuto11 anni!
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Fisica del Top
Coppie Top: (tt) ~7 pb• Rate produzione top• Massa del top• Elicita’ W in eventi top• Test di QCD • Nuova fisica in X tt• Accoppiamenti anomali, nuove particelle
Top singolo: (tb) ~3 pb• |Vtb|• Test QCD • Nuova fisica?
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Il Top e’ speciale!La fisica del top e’ diversa:
• La vita media del top e’ brevissima: decade prima di adronizzare
Non c’e’ spettroscopia a differenza del b
Momento e spin sono transferiti ai prodotti di decadimento
• Sonda la fisica a scale piu’ alte rispetto agli altri fermioni
Top (o top pesante) protagonista di modelli EWSB:
- Higgs, Top Color, ….
E’ solo Top?
top ~ 10-24 s , 1 1.5 GeV 1 << QCD
-1 ~ (200 MeV)-1
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Produzione del Top (collider adronici)
Run 1 Run 2 LHC
ppbar ppbar pp
ECM 1.8 TeV 1.96TeV 14 TeV
qq 90% 85% 5%
gg 10% 15% 95%
tt 5.0 pb 6.7 pb 830 pb
85%
15%
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Produzione di Top (altra)Standard Model: Produzione Top singolo
pb3)175@( GeVMXtpp top
p
t
t
p
X Produzione risonante?
Top Color-Assisted Technicolor
Altro??
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TOP: Misura di sezioni d’urto
One of the first things to measure is the top pair production rate.
Perche’ e’ importante misurare il rate di produzione?
Sezioni d’urto maggiori del previsto possono indicare meccanismi di produzione non-standard model
Stato risonante X tt OPPURE Accoppiamenti anomali in QCD
Puo’ essere indicazione di nuova fisica!
Sezione d’urto di produzione
Neventi - Nfondo(tt)Luminosita’ *
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TOP: Sezioni d’urto
Misura di conteggio Leptoni ad alto Pt Selezioni cinematiche, NN b-tagging (vertice, soft-)Canali e tecniche differenti, tutti in accordoPrecisione al 14%, Non c’e’ ancora il risultato combinato Tevatron
Goal Tevatron: 10% incertezza/esperimento con 2 fb-1
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TOP: Sezione d’urto
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TOP: Misura della Massa
La misura diretta di Mtop:
E’ un test delle previsioni SM
Vincola la massa dell’Higgs
Fondamentale per EWSB
MW Mtop2
MW lnMH
Goal Run II: < 3 GeV con 2 fb-1
Gia’ ottenuto!
Goal LHC: < 1 GeV with 10 fb-1
Il Tevatron arrivera’ prima?
Combinatoria:
Che jet assegnare a quale quark?
Radiazione aggiuntiva (ISR/FSR)?
E’ una misura difficile!
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TOP: Misura Massa (Matrix Element)
• Informazioni cinematiche e dinamiche• Calcolare probabilita’ che l’evento sia segnale in funzione
di Mtop per un insieme di misure (x) per jet e leptoni
P(x;Mtop,JES) 1
dq1dq2f(q1) f(q2) d (y;Mtop) W(x,y,JES)
• Prob. fondo simile, ma non dipende da Mtop
• JES e’ parametro libero, vincolabile a MW
L( f top, M top ,JES) i
Nevents
f top Ptop,i(M top ,JES) (1 f top ) Pbkgd ,i(JES)
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TOP: Misura Massa ( Template)1) Valutare per ogni evento la migliore “massa ricostruita”, Mrec, (es..: 2 fit)
2) Creare “templates”, cioe’ previsioni MC per Mrec usando diversi Mtop. Misurare Mtop con fit di likelihood su Mrec dei dati
in confronto ai template segnale + fondo la misura e’ pesantemente dipendente dalla JES
2 ( ˆ p Ti pT
i )2
i2
il,4 jets
( ˆ p TUE pT
UE )2
j2
jx,y
(m jj mW )2
W2 (ml mW )2
W2
(mbjj mt )2
t2 (mbl mt )
2
t2
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TOP: Jet Energy Scale
Effetto circa 3% di Mtop
Calibrazione Standard (dijet, -jets etc)Template per MW vs JES
Migliorare JES fittando Mtop e JES usando Wjj
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TOP: Fit della JES (lepton+jets)
• Le incertezze sulla JES sono la principale sorgente di sistematica•Fit simultaneo per MW->jj e Mbjj
usando template 2D per Mtop e JES
Con 680 pb-1 la misura l+jets fornisce la migliore misura singola e migliora la sistematica JES del 40% usando la calibrazione in-situ
2top GeV/c (syst.) 1.3JES)2.5(stat.173.4M
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TOP: Massa del Top (dilepton)
Eventi con 2 leptoni:
Sistema under-constrained: due neutrini ma solo una misura di METSi ricorre alla tecnica Matrix Element
1 fb-1
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TOP: Massa del Top (all-jets)
Stato finale completamente ricostruito
Metodo template (al momento)
Mtop = 174.0 +- 2.2 (stat) +- 4.8 (syst) GeV/c2
1 fb-1
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TOP: Misura Massa (Lxy)
Insensibile alla JESNecessita simulazione Lxy
27.159.13top GeV/ (syst) 6.5)(3.0(stat) 9.183 cJESM
Statisticamente limitato
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Top: Massa Combinata (Tevatron)
Mtop determinato allo 1.2%!
• Risultati eccellenti in ciascun canale• Combinazione CDF+D0, Run-I+Run-II• Considerate tutte le correlazioni• Incertezze:
Mt(stat) = 1.2
Mt(JES) = 1.4 GeV/c2
Mt(syst) = 1.0
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Top: Produzione singolaVia interazione deboleMisura diretta di Vtb.•Cinematica intermedia tra non-top e segnale top• Background elevato (S/B~1/20) -> tecniche sofisticate.• Leptone+MET+2jet (>=1 btag) • Canali s e t assieme e separati
Produzione canale s (W*)
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Top: Produzione singola (limiti)
2 analisi:1. Neural Network2. Multivariate Likelihood
function
I limiti di esclusione al 95% osservato (atteso) si avvicinano alle attese SM!
Proiezioni (ignorando sist):•Eccesso 2.4 con 1 fb-1
•Eccesso 3 con 1.5 fb-1
CDF (695 pb-1)
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TOP: Risonanze tt ?
Limiti 95% c.l. su X0 Esclude Z’ leptofobica Mz’ < 725 GeV
Si cerca una risonanza spin 1 (X0)• Si assume X0 = 1.2% MX0
• Test masse tra 450 e 900 GeV (incremento di 50 GeV)
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TOP: Il Futuro
Misure al Tevatron continuano a migliorareIn definitiva la sistematica a TeV o LHC sara’ legata probabilmente alla JES
Mtop aiutera’ a calibrare i rivelatori LHC
Superato il goal del Run-II
Mtop con precisione <1% al Tevatron
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HF: BS Mixing
Sistema Mesoni BS neutri
mistura di due autostati di massa (caso senza violazione di CP)
BH e BL possono avere masse e larghezze differenti
mS=MH-ML (>0 per defin.)
= H-L~0
b s
bs
0sB 0
sB, ,u c t , ,u c t
*tsV
tbV
tbV
*tsV
W
W
“Rig
ht
Sig
n”
Probabilita’ decadimento
BBBH 2
1 BBBL 2
1
sbBsbB
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HF: Cercando il BS mixingvertexing (same) side
“opposite” side
e,Jet
14
4
3
2
tmDPP
PPtA
nomixmix
mixnomix
cos)(5
BS
Se
SD tsm
A
22
2
2
1
1. Raccogliere quanti piu’ Bs possibile• Trigger (SVT)
2. Estrarre il Signale• Sapore Bs al decadimento inferito dai prodotti di decadimento
3. Misurare il tempo proprio di decadimento del mesone Bs• L00, vertice primario (per evento), risoluzione temporale del decadimento specifico
4. Determinare il sapore di produzione Bs (flavor tagging) • PID (TOF, dE/dx) • Flavor tag quantificato dalla Diluizione: D=1-2w, w = probabilita’ mistag
5. Misurare l’asimmetria tra eventi unmixed e mixed • In practica: fit di likelihood per le distribuzioni attese unmixed e mixed
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HF: 1) Identificare produzione BS
b
b
Bd, B+, b, …
Bs
B) Same Side Tag (SST)
Inferire sapore produzione sapendo il sapore delle tracce di frammentazione
K-A) Opposite Side Tag (OST)
Inferire sapore produzione sapendo sapore dell’altro b nell’evento
• Produzione al Tevatron di adroni B: Prodotti principalmente in coppie bb b e b adronizzano indipendentemente
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HF: 2) Identificare decadimenti BS
Decad. semileptonici
Bs Ds e, Ds
CDF 1 fb-1
Eve
nts
/ 0.
001
GeV
/c2
Massa Bs (GeV/c2)
CDF1 fb-1
Decad. adronici
Bs Ds , Ds
Massa DS (GeV/c2)
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HF: 3) Misurare tempo decadimento BS • Determinare tempo proprio di decadimento a partire dallo stato finale:
+
Ds-
LT
x
yproduction vertex
Bs decayvertex
LT MBs
PTvtx
+
~87 fs ~ ¼ T
BT
vtxT PP /
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HF: Asimmetria BS
“Rig
ht
Sig
n”
“Wro
ng
Sig
n”
nomix mix
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HF: Asimmetria BS
Da considerare gli effetti del rivelatore!
Rivelatore ideale Tag realistico + Risoluzioni vertice/momento realistiche
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HF: Scan dei dati mixing BS
Trasformata di Fourier al dominio delle frequenze Determinare ampiezza per ms
fissato Scansione di ms : Ampiezza = 1 per il vero ms, 0 altrimenti
ms = 17.77±0.10 ± 0.07ps-1
Probabilita’ fluttuazione random : 8x10-8 = 5.4
Settembre 2006
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HF: Oscillazioni dei BS
Oscillazioni di sapore dei Bs :Media mondiale ms > 14.4 ps-1 (Estate 2005)
DØ (1 fb-1) Marzo 2006
17 < ms < 21 ps-1 at 90% CL
hep-ex/0603029
2. da 0
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40
Mixing nello SM1 : [16.8, 24.8] ps-1
2 : [15.5, 31.3] ps-1
from md
Lower limit on ms
from md/ms
CKM Fit Result:ms = 18.3 +6.5
-1.5 ps-1
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HF: Altro sui B
Significance > 6
Osservazione dei decadimenti esclusivi di Bc
L = 800 pb-1
CDF
M(Bc)=6275.2 ± 4.3 ± 2.3 MeV
(Best in the world)
BS ,D
World's best limits:BR( Bs->)< 1.0x10-7 @95%
CL BR( Bd-> )< 3.0x10-8 @95%
CL
CDF
L = 780 pb-1
Ricerca di FCNC in D
L = 1000 pb-1
DØ
1 fb-1
DØ
Violazione CP nel Mixing
L = 1000 pb-1
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EWK: Massa della W
Non c’e’ ancora la misura, ma statistica sufficiente per migliorare LEP2
MW estratta dal fit del limite Jacobiano di MT(W)
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EWK: Proiezioni Massa della W
Incertezze che non scalano con la luminosita’:•PDFs, d(W)/dpT, QED/QCD ordini superiori
Proiezioni Tevatron per MW:• Incertezze estrapolate da Run 1bIncertezze che scalano con luminosita’:• Incertezze statistiche• Scala energia/momento, rinculo adronico contro W
Precisione attesa tra 20 e 30 MeV
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EWK: Massa W vs Massa Top
Misure di precisione di MW e Mtop vincolano la massa dell’Higgs
limite LEP Diretto : MH > 114 GeV @ 95%
Vecchia Mtop CDF/D0 (174.1 2.1 GeV) & nuova MW LEP (80.392 0.029 GeV)
MH = 85 +39 -28 GeV MH < 166 GeV @ 95 % CL
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EWK: Altri risultatiAsimmetria avanti-indietro Drell Yann
CDF
L = 180 pb-1
Misura diretta larghezza W
DØ
L = 350 pb-1 CDF
Sezione d’urto WW/WZljj e ricerca Accoppiamenti Anomali
Asimmetria di carica per W
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HIGGS: Produzione/Decadimento
SM MH=140-110: (WH+ZH)=100-300 fb MH=180-140: (ggH)=150-500 fb
(MSSM/SM) ~ 1-100
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HIGGS: Segnature (bassa massa)
ZH bb
2 b jet ~ 1/2 MH 0 leptoniMissing ET ~ 100 GeV
Il segnale atteso + grande
WH lbb
2 b jet ~ 1/2 MH 1 leptone ~ 50 GeV Missing ET ~ 50 GeV
La di produzione + alta
ZH l+l- bb
2 b jet ~ 1/2 MH 2 leptoni ~ 50 GeV Vincolo massa Z
Il segnale + pulito
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HIGGS: Limiti osservati Analisi Limite CDF
@ MH = 115 GeV
(fattore sopra SM)
Limite D0
(fattore sopra SM)
ZH -> bb Include WH
(miss lep)
(14)
3.4 pb
(41)
WH -> lbb 3.4 pb
(23)
2.4 pb
(16)
ZH -> llbb 2.2 pb
(27)
6.1 pb
(75)
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HIGGS: Limite combinato
Sensibilita’ attesa entro un fattore 5-10 da SM per 110< MH<200!
~15 risultati CDF+D0 combinati (250-1000 pb-1)
Ulteriore sensibilita’ attesa da nuovi dati e applicazione di miglioramenti noti a tutti i canali
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HIGGS: Prospettive al Tevatron
Con 1 fb-1 si osservano sezioni d’urto o(1 pb) in stati finali simili a Higgs SM
~10 WZ leptoniche in 1 fb-1
~102 WW in 1 fb-1
~103 W,~102 Z in 1 fb-1
• ci aspettiamo ~ *8 piu’ dati • la sensibilita’ sperimentale migliorera’:
b-tagging + estesorisoluzione jet migliore
CDF and D0 cercano con entusiasmo l’ Higgs
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QCD: Produzione inclusiva di Jet
L = 1 fb-1
Run 2: Buon accordo con previsioni NLO
Algoritmo Midpoint cono con R=0.7(collinear/infrared safe)
Jet centrali:0.1<|yjet|< 0.7
Coperti + di 8 ordini di grandezza
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QCD: Produzione inclusiva di Jet
Accordo su 10 ordini di grandezza!
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QCD: Altro sui JetAlgoritmo KT buono per Colliders Adronici
L = 980 pb-1
CDF
Sezione d’urto B Jet in accordo NLO
L = 300 pb-1
CDF
L = 326 pb-1
inclusiva , Errore ~20%,Per ~fb-1 puo’ vincolare PDFs del gluone ad alto x
Piu’ alto pT() e’442 GeV/c
DØ
L = 343 pb-1
Produzione Z+jet in accordo con MCFM, Madgraph
DØ
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L’era del Femtobarn
I nuovi dati in arrivo daranno: Miglioramento statistico Migliori calibrazioni (minori sistematiche) Aumento della sensibilita’ a processi o(1 pb): Higgs? SUSY? Risonanze?
CDF/D0 si aspettano di avere ancora molto da dire
Il programma di Fisica Standard Model e’ ricco e vitale (top, W, HF). Si comincia ad avere sensibilita’ a proprieta’/eventi inattesi.
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Lascito a LHC
LHC ereditera’ (tra le altre cose)
Determinazione precisa di ms e vincoli sulla fase CP nel settore BS
Precisione su Mtop (Mtop=1.0-1.5 GeV/c2) e
Mw (Mw=15-25 MeV/c2)
Spazio dei parametri per Nuova Fisica piu’ ristretto Massa dell’ Higgs ?