RICERCHE DI SUSY CON I PRIMI DATI IN ATLAS Napoli, 17/12/2007 Elisa Musto.
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RICERCHE DI SUSY CON I PRIMI DATI IN ATLAS
Napoli, 17/12/2007Elisa Musto
SOMMARIO La ricerca della supersimmetria costituisce uno degli obiettivi
fondamentali di ATLAS
Il gruppo ATLAS di Napoli è impegnato nella ricerca di SUSY e in particolare collabora a due note CSC :
- SUSY-5 (ricerche SUSY inclusive, editor :F Paige, G Polesello )
- SUSY-6 (ricerche SUSY esclusive, editor: T Lari, D Costanzo )
Il potenziale di scoperta è tale che già con i primi dati sarà possibile cercare evidenze di nuova fisica
Se ci sarà evidenza di nuova fisica bisognerà caratterizzarla:
il gruppo di Napoli è stato impegnato nello studio di fattibilità della misura dello spin del neutralino e il lavoro è stato pubblicato in due note della collaborazione
High-pT QCD jetsg
g q
q
Bosone di Higgs
gt
Hg
Misure di precisione: fisica del B e del top
Oltre lo SM: SUSY, UED
Programma di ricerca
W, Zq
W, Z
q
Higgs mH=150 GeV
TeV 1 ~m pairs g~,q~g
q~q~
g
q~SUSY
Fisica a LHC
SUSY & mSUGRA
- m0 Massa dei bosoni alla scala di GUTMassa dei bosoni alla scala di GUT
- m1/2 Massa dei fermioni alla scala di GUTMassa dei fermioni alla scala di GUT
- A0 Accoppiamento trilineareAccoppiamento trilineare
-tan(β) Rapporto tra i valori di aspettazione sul Rapporto tra i valori di aspettazione sul
vuoto dei campi di Higgsvuoto dei campi di Higgs
- sign(µ) Parametro di massa del superpotenzialeParametro di massa del superpotenziale
La supersimmetria è una simmetria che associa un fermione (bosone) ad un bosone (fermione) con stessa massa e stessi numeri quantici. Particolarmente interessante perché risolve i problemi di naturalezza dell’Higgs se la scala di massa è di 1TeV. Difficoltà:la minima estensione dello SM (MSSM) prevede 105 parametri e non osserviamo i superpartner. La rottura del MSSM (non spontanea perché non rinormalizzabile) fornisce massa alle particelle. In mSUGRA i parametri in gioco sono 5:
R-parità:numero quantico moltiplicativo conservato
-1 per le SUSY
+1 per le SMConseguenze :
R = (-1)3(B-L)+2S =
1. Le particelle SUSY vengono prodotte in coppia
2. La particella più leggera (Lightest Supersymmetric Particle) è stabile; di solito è identificata nel , particella massiva, neutra e debolmente interagente
01
~
ENERGIA MANCANTE
Di solito si osservano i parametri di massa, fissati gli altri. I constraints allo spazio dei parametri sono di varia natura:
• TEORICI:la rottura elettrodebole della SUSY(EWSB) esclude le regioni a piccola m1/2 e grande m0 e ciò in base ai limiti del TEVATRON sulla massa del top
• SPERIMENTALI:le regioni a bassa massa sono escluse dai limiti su:
- massa dell’Higgs (mho SM > 114.4 GeV, LEP),
- massa del chargino (m > 103 GeV, LEP),
- br(bs) ((3.55+/-0.26)*10-4,CLOE,BELLE,BaBar),
• DARK MATTER (se supersimmetrica):
- regioni a bassa m0 escluse se stau è LSP,
- Relic Density: fissata tan(β) i limiti di WMAP
(0.094 < CDMh < 0.129 ) restringono la regione
m0 - m1/2 ad una banda stretta
Limiti su mSUGRA
~
WZ ,~~ 01
01
bb01
01
~~
10
1~~
ATLAS investiga quattro diverse
regioni legate alla
Cold Dark Matter
Produzione dominata da gluini e squark, dipendente dalle loro masseLunghe catene di decadimento terminano con la LSP
Produzione SUSY a LHC
Fenomenologia degli eventi (se R-parità conservata):
•Jet di alto impulso provenienti dal decadimento di gluini e squark
•Grande energia trasversa mancante (rispetto allo SM) dovuta alla LSP
•Leptoni , b-jet e tau-jet di alto impulso (dipendenti dai parametri del modello )
lqql
g~ q~l~
~
~p p
Golden Channel: Jet+ Etmiss+n leptoni
Strategie di ricerca
Set di tagli cinematici per ridurre il fondo SM su variabili che presentano deviazioni dallo stesso
E’ necessaria una buona stima del background:
- Etmiss da eventi di SM con neutrini energetici (W+jet , Z+jet, t t )
- Fake Etmiss e leptoni da rivelatore
-
Esempi di background da detector:
- Risoluzione dei jet con code non gaussiane possono influire su :
• cattiva mappatura delle celle
• Etmiss misidentificata se diretta come un jet
• Jet non ricostruiti se in zone oscure (crack,etc..)
- Jet leggeri identificati come elettroni
- Efficienza di ricostruzione dei leptoni
L~ 1033 cm-2 s-1 L~ 1033 cm-2 s-1
una “settiman
a”
un “mese”un “anno”
Potenziale di scoperta di LHC
Nei primi anni la luminosità e prevista essere: L~ 1031-32 cm-2 s-1 , il che corrisponde ad una luminosità integrata di 10-100 pb-1 al mese (106 s) di presa dati. Nei primi anni oggetto di studio sarà la calibrazione del rivelatore.
Ricerche a 1fb^-1
Potenziale di scoperta a 5 con
S>10 e (S/sqrt(B))>5, incluso fattore 2 di
incertezza su generatore MC
S.Yamamoto SUSY07 (Karlsruhe, July 06, 2007)
ATLAS ha un potenziale di scoperta per una scala di
massa di 1 TeV con i primi dati per ogni topologia di
eventi
L~ 1032 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)
Esempi di ricerche inclusive(1/2)
Ricerche Inclusive: ricerca di deviazioni dallo SM e della scala di massa della nuova fisica (Meff ~min( , ) )
q~ g~
SELEZIONE SUSY:
• 1st jet: pT >100 GeV • 4jets con pT>50 GeV
•ETMISS > 100 GeV•Transverse sfericity ST>0.2
•Esclusi Muoni ed elettroni isolati con pT>20 GeV
IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO
(GeV) )(jet p E M1i
iTmiss
Teff
L~ 1033 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)
IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO
Esempi di ricerche inclusive(2/2)
Meff
SELEZIONE SUSY:
• 1st jet: pT >100 GeV
• 4jets con pT>50 GeV
•ETMISS > 100 GeV
•Transverse sfericity ST>0.2
•Muoni ed elettroni non isolati
con pT>10 GeV
10 fb-1
10 fb-1 10 fb-1
L~ 1033 cm-2 s-1 (1 anno di presa dati)
Ricerche esclusive : Caratterizzazione nuova fisica nei diversi punti di benchmark con misure di masse, spin, etc.Una delle segnature più chiare è dovuta endpoint nelle masse invarianti(non c’è picco perchè invisibile.
Esempi di ricerche esclusive (1/2)
2/1
2~
2~
2~
2~
2~
max
,
01,,
02
))(()(
RL
RLRL
l
ll
m
mmmmllm
+4vincoli sulle masse invarianti m(+-j) min e max e m(j)
Da tali endopint è possibile ricavare le masse delle particelle coinvolte usando dei vincoli.
01
~
L=30 fb-1 L=30 fb-1
SU3 SU3
LRl /
LRl /
~LRl /
L~ 1033 cm-2 s-1 (3 anni di presa dati)
Esempi di ricerche esclusive(2/3)
m̂
Spin 0ql-
ql+
Spin 1/2
Pro
bab
ili
tà
Misure di spin:
è possibile ricavare la polarizzazione del nel suo sistema di riferimento a riposo in
virtù della distribuzione angolare non isotropica dei prodotti di decadimento che si
ritrovanell’ampiezza di massa invariante
ss
ssA
)(ql
md
d
s
02
~
quark nearlepton
χ20
θ*
~
LRl /
LRl /
~ LRl /
^^
md
dPˆ ql-
ql+4sin3 (½θ*) = 4m3̂
4cos2 (½θ*) sin (½θ*) = 4m(1-m2)
SU3
Esempi di ricerche esclusive(3/3)Il gruppo ATLAS di Napoli è stato impegnato nello studio della fattibilità della misura dello
spin del neutralino con una tesi di laurea (E.Musto) ed una di dottorato (A.Migliaccio). Risultati ottenuti presentati ad IFAE 2007 (M. Biglietti) e pubblicati in due note della
collaborazione (ATL-COM-PHYS-2007-078, ATL-PHYS-CONF-2007-020 )
Asimmetria SU3 SFOS-OFOS
L=100 fb-1L=30 fb-1
Asimmetria SU1 SFOS-OFOS
esattamente 2 leptoni SFOS pT > 6 GeV , || < 2.5 ET
isol < 10 GeV in R<0.2 (criterio isolamento leptoni) 2 jet più energetici
Preselezione+ selezione:
Tagli aggiuntivi : endpoint cinematici
L~ 1033 cm-2 s-1 (10 anni di presa dati) L~ 1033 cm-2 s-1 (3 anni di presa dati)
BACKUP
SU3 (SU3 (BulkBulk)) (~19.53 pb)
• produzione localeproduzione locale (HERWIG)+ Fast Fast simulationsimulation ::
30 fb30 fb-1-1 (Napoli ATLAS-Tier2)
SU1 (SU1 (Co-annihilationCo-annihilation)) (~7.8 pb)
• produzione locale produzione locale (HERWIG)+ Fast Fast simulationsimulation :: 220 fb220 fb-1-1 (Napoli ATLAS-Tier2)
FondoFondo MModelloodello SStandard:tandard:
Fast simulation Fast simulation
: +2,3,4,5 jet ; : +2,3,4,5 jet ; 20 fb20 fb-1 -1 ,,
: 3,4,5 jet ; : 3,4,5 jet ; 20 fb20 fb-1 -1 ,,
: +0,1,2 jet >3 jet : +0,1,2 jet >3 jet
100100200 fb200 fb-1-1
Dati analizzati:
• W+jetW+jet
• t t t t ((llll, , llqqqq)+)+ jetjet
• Z+jetZ+jet -- --