A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 1 Highlights dal Tevatron Non rassegna di risultati ma...

A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006

1

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


2

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


4

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


5

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 , …


7

Programma al Tevatron - II -

• Ricerche (oltre) SM (dirette e indirette)– Higgs– Supersimmetria– Large extra dimensions– Nuovi bosoni di gauge – Nuovi fermioni– Ricerche signature-based–…..


8

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)


30

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


32

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


34

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 /


36

HF: Asimmetria BS

“Rig

ht

Sig

n”

“Wro

ng

Sig

n”

nomix mix


37

HF: Asimmetria BS

Da considerare gli effetti del rivelatore!

Rivelatore ideale Tag realistico + Risoluzioni vertice/momento realistiche


38

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


39

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


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


41

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


42

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)


43

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


44

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


45

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


46

HIGGS: Produzione/Decadimento

SM MH=140-110: (WH+ZH)=100-300 fb MH=180-140: (ggH)=150-500 fb

(MSSM/SM) ~ 1-100


47

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


48

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)


49

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


50

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


51

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


52

QCD: Produzione inclusiva di Jet

Accordo su 10 ordini di grandezza!


53

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 ?

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