További részletek keresése: A FIT elemző szoftver működésének rövid bemutatása
Szuperszimmetria és keresése az LHC-nálhorvath/Talks/2007/HD_SUSY_Gyt_2007... · 2010-01-17 ·...
Transcript of Szuperszimmetria és keresése az LHC-nálhorvath/Talks/2007/HD_SUSY_Gyt_2007... · 2010-01-17 ·...
Szuperszimmetria és keresése azLHC-nál
Elméleti fizikai iskola, Gyöngyöstarján,2007.11.06.
Horváth Dezso
MTA KFKI Részecske– és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest
és ATOMKI, Debrecen
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 1. fólia – p.1
VázlatA Standard Modell problémái.
A Minimális Szuperszimmetrikus Standard Modell.
Korlátozó kísérletek
Elektrogyenge adatok illesztése
BR(b→sγ) mérések B-gyáraknál
A müon anomális mágneses momentuma (BNL)
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
DM direkt (nem-)észlelése ν-detektorokkal
Az MSSM–részecskék keresése.
Irodalom:S.P. Martin: A supersymmetry primer, hep-ph/9709356, 2006
Luc Pape és Daniel Treille: Supersymmetry facing experiment: much ado (already)about nothing (yet), Rep. Prog. Phys. 69 (2006) 2843
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 2. fólia – p.2
A Standard Modell problémái – 13 független összetevo: U(1)Y ⊗ SU(2)L ⊗ SU(3)C
Gravitáció? S = 2 graviton?
Aszimmetriák: jobb ⇔ bal világ ⇔ antivilág
Mesterséges tömegkeltés: Higgs-tér kívülrol
Rengeteg alapveto részecske:8 + 3 + 1 + 1 = 13 bozon3 × 2 × (2 + 3 × 2) = 48 fermion
Töltéskvantálás: Qe = Qp, Qd = Qe/3
Miért éppen 3 fermioncsalád?Eredetileg: Minek a müon??
Nukleon spinje: hogyan áll össze 1/2-dé?
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 3. fólia – p.3
A Standard Modell problémái – 219 szabad paraméter:
3 csatolás: α, ΘW , ΛQCD
2 Higgs: MH , λ
9 fermion-tömeg: 3 × Mℓ, 6 × Mq
CKM-mátrix 4 paramétere: Θ1, Θ2, Θ3, δ
QCD-vákuum: Θ
Mν > 0 ⇒ +7 paraméter
Sötét anyag és energia ??Univerzum tömegének
4%-a közönséges anyag (csillag, gáz, por, ν)23 %-a láthatatlan sötét anyag73 %-a rejtélyes sötét energia
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 4. fólia – p.4
Csatolási állandók
[GeV])µ(10
log2 4 6 8 10 12 14 16 18
0
10
20
30
40
50
60 Standard Model)µ(-1
1α
)µ(-12α
)µ(-13α
αi: SU(i) csat. állandója
Majdnem találkoznak µ ∼ 1013 − 1016 GeV-nél
Egyesíthetok a kölcsönhatások?
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 5. fólia – p.5
A hierarchia-probléma
Higgs-potenciál: V = m2HΦ2 + λΦ4 m2
H ∼ −(100GeV)2
Korrekciók Higgs-tömeghez:Fermion-hurok:
∆m2H = |λf |2
8π2 [−Λ2UV +6m2
f ln ΛUV
mf+ . . .]
top-kvarkra λt ≈ 1
UV-levágás: ΛUV > 1014 GeV!
HH
f−
f
Higgs-paraméterek hangolása 10−12 pontosságig!
Ha lenne nehéz skalár részecskepár:
∆m2H = λS
16π2 [+Λ2UV −2m2
S ln ΛUV
mS+ . . .]
f ↔ S1, S2: λS = λ2f ; mS = mf
Λ2-es korrekciók kiesnének
H H
S
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 6. fólia – p.6
Szuperszimmetria (SUSY)Fermionok és bozonok párban:
Q|F>= |B>; Q|B>= |F> mB = mF
Azonos részecskék, csak spinjük különbözik
Kis energián sérül, partnereket nem látjuk: nagyobb tömeg?
Minimális SUSY-menazséria (MSSM)
Királis multiplettek mérték-multiplettek
S=1/2 S=0 S=1 S=1/2
kvark: qL, qR szkvark: q1, q2 foton: γ fotíno: γ
lepton: ℓL, ℓR szlepton: ℓ1, ℓ2 gyenge W± wino: W±
bozonok Z zino: Z
higgszínó: Φ, Φ′ Higgs: Φ, Φ′ gluon: g gluínó: g
Skalár fermion: szfermion, bozon párja: bozínóHorváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 7. fólia – p.7
A fermionok MSSM-partnerei
Leptonok (S = 12) skalár leptonok (S = 0)
e, µ, τ e, µ, τ
νe, νµ, ντ νe, νµ, ντ
Kvarkok (S = 12) skalár kvarkok (S = 0)
u, d, c, s, t, b u, d, c, s, t, b
XL, XR ↔ X1, X2
Antirészecske ↔ antipartner
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 8. fólia – p.8
A bozonok MSSM-partnerei
Elemi bozon spin SUSY-partner spinfoton: γ 1 fotínó: γ (bínó: B0) 1
2
gyenge bozonok: 1 wínó: W+, W− (W0) 12
Z, W+, W− 1 zínó: Z 12
gluonok: g1, ... g8 1 8 gluínó: g1, ... g812
Higgs-terek 0 higgszínók 12
H01, H0
2, H+1 , H−
2 H01, H0
2, H+1 , H−
2
graviton 2 gravitínó 32
Párosítás minden spontán szimmetriasértés(SUSY-sértés, Higgs-mechanizmus) elott
Azonos számú szabadsági fok:S = 1 bozonoknál 2 helicitás
Közös nevük gaugino (mértékínó?)Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 9. fólia – p.9
SUSY, folyt.
2 Higgs-dublett ad tömeget felso és alsó fermionoknakmL = mR, de mL 6= mR
8 Higgs-tér ⇒ 5 Higgs-bozon: h0, H0, A0, H±
Higgs-paraméterek: tgβ = v1/v2, tömegek
SUSY kvantumszáma: R-paritás R = (−1)3B−L+2S
R = +1 részecske, R = −1 szrészecske
Ha R megmarad, legkönnyebb szrészecske (LSP) stabilR-paritás nagyon nem sérülhet: látnánk
Ha LSP semleges: sötét anyag lehet (ρ ≈ 0, 1 GeV/cm3!!)MSSM: R-paritás megmarad
Spontán Higgs-mechanizmus:nagy negatív top-korrekciók V (Φ) µ2-es tagjához
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 10. fólia – p.10
MSSM: menazséria
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 11. fólia – p.11
MSSM: mértékcsatolási állandók
Sok új részecske ⇒ több hurokkorrekció
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 12. fólia – p.12
Szuperszimmetria?
Szuperszimmetria nyilvánvalóan sérül:nincsenek ilyen részecskék,
legfeljebb sokkal nagyobb tömeggel
Mire jó egy sérülo szimmetria?
Higgs-mechanizmus:szimmetriasérto tér ⇒ tömegek, renormálhatóság
A Higgs–tér sért egy létezo szimmetriátm
SUSY bevezet egy nem-létezot
Mindez egy racionális, kiszámítható elméletért
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 13. fólia – p.13
Szuperszimmetria:+ és−
+
elmélet természetessége
világegyetem hideg sötét anyaga (23 %)
kölcsönhatások egyesítése
gravitáció beépítése
DE:
−SUSY-sértés mechanizmusa??
sokféle modellfelépítés
rengeteg új paraméter
m ∼ 100 GeV alatt nem látjuk
bár a SUSY-t már 50%-ig felfedeztük!!(a SUSY-részecskék felét (1 híján :-) látjuk...)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 14. fólia – p.14
SUSY-sérülés mechanizmusaLagrange-suruségben SUSY-sérto potenciál
Sértés nem kicsi, mert SUSY-részecskék nehezek
Szleptonok-leptonok nem keverednek másokkal⇓
m(e1)2 + m(e2)
2 = 2m(e)2 ??
MSSM
Rejtett szektor
Ízre érzéketlen
kölcsönhatás Látható szektor
SUSY−sértés eredete
Rejtett szektor szimm-sértése (vákuum-várható értéke,VEV) F
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 15. fólia – p.15
SUSY-sértés mechanizmusai: PMSB
PMSB (mSUGRA):Planck-scale mediated SUSY-breaking,
minimális szupergravitáció
Planck-energiánál (MP ∼ 1019 GeV) új fizika gravitációval
Látható szektorban msoft ∼ F/MP tagok
msoft ∼ párszáz GeV ⇒SUSY-sértés skálája
√F ∼ 1010 − 1011 GeV
Szuper-Higgs-mechanizmus ⇒Gravitínó tömege m3/2 ∼ F/MP ∼ többi
MSSM-részecskéé
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 16. fólia – p.16
SUSY-sértés mechanizmusai: GMSB
GMSB: Gauge-mediated SUSY-breaking
SUSY-sérto kh: elektrogyenge és QCD új hordozórészecskével
Messenger: új szupermultiplett
csatolás sp. szimm.-sérto térrel (VEV: F )
U(1)Y ⊗ SU(2)L ⊗ SU(3)C kölcsönhatás MSSM-szektorral
msoft ∼ αa
4πF
Mmesstagok
αa
4π: huroktényezo;
√F ∼ Mmess ∼ 104 GeV
Szuper-Higgs-mechanizmus ⇒gravitínó tömege m3/2 ∼ F/MP ≪ többi MSSM-részecskéé
LSP = gravitínó, könnyu és észlelhetetlen (csak grav. kh.)
GMSB-t emiatt kevésbé szeretjük!
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 17. fólia – p.17
A MSSM tömeg-sajátállapotaiElektrogyenge szimmetria-sértés
⇓MSSM-fermionok keverednek ⇒ tömeg-sajátállapotok
Elektrogyenge gaugínók + higgszínók ⇒chargínók és neutralínók
γ, W±, Z; H01, H
02, H
± ⇒ χ±1 , χ±
2 ; χ01, χ0
2, χ03, χ0
4tömeg no az index-szel
Legkönnyebb SUSY-részecske (LSP)mSUGRA: χ0
1 vagy GMSB: gravitínó (G)
SUSY-sérülés ⇒ rengeteg (> 100) új paramétertömegek, csatolások, keveredések
Rengetegféle SUSY-modell, óriási paramétertér, különfélekorlátozás.
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 18. fólia – p.18
SUSY-modellek
A SM kiterjesztései
Szuperszimmetria
MSSM124 par
GMSB
mGMSB 6 par
MSSMmegszorítva
6 par
mSUGRA 5 par
modellek
R-paritástsértõ
+45 par
Mértékbozonos kommunikáció a látható világgal LSP = gravitinó
Gravitációs kommunikáció a látható világgal LSP = c1
0
A SUSY-sértés eredete ismeretlen:- különbözõ modellek- sok paraméter
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 19. fólia – p.19
Az MSUGRA-modell paramétereiSok egyszerusíto megszorítás (határfeltétel),> 100 ⇒ 5 vagy 6 paraméter, pl.:
m1/2: szfermiontömegek a nagy egyesítésenergiájánál(GUE ∼ 1014 − 1015 GeV)
m0: bozínótömegek (GUE)
A0: SUSY-sérto hármas (X–Y–Higgs) csatolásiállandók (GUE)
tan β = v1/v2: felso és alsó Higgs-tér vákuumbelivárható értékének hányadosa
mA: az egyik Higgs-bozon tömege
µ: higgszinók keveredési paramétere (ált. csak elojel)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 20. fólia – p.20
Az GMSB-modell paraméterei
Mmess: messenger-skála, átlagos messenger-tömeg
Λ = F/Mmess: a messenger-szupermultiplett skalárkomponenseinek tömeg-felhasadása.
N ≤ 5 − 10: messenger-index
tan β = v1/v2: Higgs-terek VEV-aránya
sign(µ): higgszínó-keveredés
...: egyet még idonként hozzátesznek...
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 21. fólia – p.21
Még rengeteg modell van
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 22. fólia – p.22
C(onstrained)MSUGRA vagy CMSSM
Elméleti korlátozások, megszorítások
A0 ≤ 0
signµ = +
10 ≤ tan β ≤ 50
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 23. fólia – p.23
Kísérleti korlátozások, megszorítások
SUSY-jelenséget nem észleltünk, negatív mérések aparaméterteret korlátozzák
LEP-mérések: Higgs-szektorSM-Higgs tömege keresésbolMH > 114.4 GeV; H ∼ h0
Elektrogyenge adatok illesztéseSemleges Higgs-bozonok (h és A) keresése
BR(b→sγ) mérések B-gyáraknál
A müon anomális mágneses momentuma (BNL)
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe):sötét anyag (DM) mennyisége, indirekt
DM direkt (nem-)észlelése ν-detektorokkal
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 24. fólia – p.24
A SM érzékenysége Higgs–tömegre
Illesztés jósága Higgs-tömeg
függvényében
különbözo elméleti becslésekre
Legjobb: mH ≈ 85 GeV
De LEP: 114 GeV < MH
(sárga)
Illesztés: MH < 144 GeV
(95 % konfidencia
∼ ∆χ2 = 2, 7) 0
1
2
3
4
5
6
10030 300
mH [GeV]
∆χ2
Excluded Preliminary
∆αhad =∆α(5)
0.02758±0.00035
0.02749±0.00012
incl. low Q2 data
Theory uncertainty
mLimit = 144 GeV
LEP Electroweak Working Group
http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 25. fólia – p.25
b → sγ: FCNC-bomlás
Ízváltoztató semleges áramSM tiltja ⇒ tiszta hurokhatás
Új fizika léphet fel
Γ(b→sγ)
Γ(b→Xeν):
CLEO, BELLE, BABAR átlaga:
3, 35+0, 50
−0, 44
× 10−3
SM: (3, 22 ± 0, 09) × 10−3
Mérés: SM-lel egyezik⇓
MSSM-re korlátozás
SM
W
b st
γ
u,c,t~ ~~
+_χ~MSSM
γ
sbCLEO, Cornell
BABAR, Stanford BELLE, Tsukuba
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 26. fólia – p.26
A müon mágneses momentuma
µµ
= −ge~
2mµcS
Ο(α )2
+ + ++ + ...
f
Ο(α)+ + + ...g = 2
µ
Pontszeru Dirac-fermion: g = 2
Anomális rész: a = g−22
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 27. fólia – p.27
Anomális m.m.: mérésekAnomális mágneses momentum: a = g−2
2
Miért mérjük?
aµ(SM) = aµ(QED) + aµ(weak) + aµ(hadr) + aµ(??)
Eltérés mögött új fizika vagy pontatlan számítás
2006-os állapot:
ae × 109 aµ × 109
QED-jóslat 1159652.4 (4) 1165847.190 (4)hadronkorrekcióval — 1165918.6 (8)kísérlet (BNL) 1159652.186 (4) 1165920.8 (6)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 28. fólia – p.28
Brookhaveni (g-2) kísérlet
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 29. fólia – p.29
Brookhaveni (g-2) kísérlet
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 30. fólia – p.30
Kozmikus háttérsugárzásArno Penzias és Robert Wilson, 1964
(Nobel-díj, 1978)Kiszurhetetlen mikrohullámú háttérsugárzás
Modell: T=3 K kozmikus sugárzás (CMB)
COBE: COsmic Background ExperimentT = 2, 728 K, pontos Planck-eloszláseredetileg 3000 K-es fotonok lehülése
(1000-szeres!) táguláskorHelyi irány-anizotrópia: magok galaxisok
kialakulásához
Megerosítés, sokkal pontosabban:WMAP: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
John C. Mather és George F. Smoot (COBE):Nobel-díj, 2006
A COBE urszonda
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 31. fólia – p.31
A COBE anizotrópiája
Vörös = 2,721 K kék = 2,729 KDipól: Nap mozgása
Tejútrendszer
Maradék anizotrópia
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 32. fólia – p.32
A WMAP anizotrópiája, 2001-2003
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 33. fólia – p.33
A WMAP eredménye, 2001-2003
Akusztikusspektrum: rezgési
módusok
Csúcsok helye:sötét anyag nem
barionos
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 34. fólia – p.34
Sötét anyag
Spirálgalaxisoksebessége kifelé
nem csökken,
pedig Kepler II:v = GM (r)
r
Sokkal többgravitáló anyag,
mint látható
Micsoda?WIMP...
SUSY??
Látható tömegsuruség ∼ luminozitás:ρlum(r) ∼ I(r)
De ρM (r) 6= ρlum(r)!
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 35. fólia – p.35
Univerzum anyagösszetétele
Jelenleg: lapos, anyag-dominálta Univerzum:(ΩM >> ΩR)
Barionos anyag (csillagok, fekete lyukak, por, gáz):ΩB ∼ 4%
Csomósodó, nem-barionos, hideg sötét anyag(galaxisok spirálkarjai): ΩCDM ∼ 26%
Gyorsuló tágulás:sötét energia ΩΛ ∼ 70%
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 36. fólia – p.36
WMAP utáni CMSSMHideg sötét anyag surusége (nagy távolságokra átlagolva)
< ρDM > ≈ 1, 2 × 10−6 GeV/cm3
Tejútrendszer dinamikája ⇒ ρittDM ≈ 0, 3 GeV/cm3!!
WIMP: Weakly Interacting Massive Particle?Remek jelölt: LSP χ0
1, ν, G
ν kiesik (direkt keresés ν-detektorokkal),gravitínót nehéz megfigyelni (:-)
Megszorítás: Megfigyelt ρDM összeegyeztetheto-e:
korai Univerzum: LSP + más SUSY-rész. annihilációhatáskeresztmetszetével közönséges részecskékre;
most: LSP + LSP annihilációéval?
Komoly korlátok MSSM paraméter-terébenM. Battaglia et al, Eur. Phys. J. C33 (2004) 273
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 37. fólia – p.37
MSSM-tömegspektrum: eloítéleteinkHa szkeptikusak is maradunk, nem árt tudnunk, miket gondol a
modellépítok többsége (S.P. Martin után, szabadon)
R-paritás nemigen sérül
LSP: χ01 vagy gravitínó
Gluínó tömege M3 ≡ m(g) ≫ m(χ01), m(χ0
2), m(χ±1 )
m(ui) ∼ m(di) ∼ m(ci) ∼ m(si) ≫ m(ℓi)
m(ui) ∼ m(di) ∼ m(ci) ∼ m(si) > (0, 6MSUGRA . . . 0, 8GMSB)m(g)
m(uL) ≥ m(uR) . . . m(sL) ≥ m(sR) ésm(eL) ≥ m(eR), m(µL) ≥ m(µR) mert M2
L ∼ M2R + 0, 5m2
1/2.
t1, b1 a legkönnyebb szkvarkok és τ1 a legkönnyebb töltött szlepton(keveredés, Higgs-csatolás)
m(h0) . 150 GeV ≪ m(A), m(H±), m(H0)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 38. fólia – p.38
A hiányzó MSSM-menazsériaFajta spin R-paritás mérték-sajátállapot tömeg-sajátállapot
Higgs-bozonok 0 +1 H01, H0
2, H+1 , H−
2 h0, H0, A0, H±
uL, uR, dL, dR u.a.
szkvark 0 -1 sL, sR, cL, cR u.a.
tL, tR, bL, bR t1, t2, b1, b2
eL, eR, νe u.a.
szlepton 0 -1 µL, µR, νµ u.a.
τL, τR, ντ τ1, τ2, ντ
neutralínó 1/2 -1 B0, W0, H01, H0
2 χ01, χ0
2, χ03, χ0
4
chargínó 1/2 -1 W±, H+1 , H−
2 χ±1 , χ±
2
gluínó 1/2 -1 g u.a.
goldstínó 1/2 -1 G u.a.
gravitínó 3/2
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 39. fólia – p.39
SUSY-keresés
Párban keletkezhet, csak másik SUSY-ra bomolhat(ha R megmarad)
A legkönnyebb (LSP) stabil, semleges, észlelhetetlen
Jele: hiányzó energia
Tipikus SUSY-bomlások (LSP = χ01):
szkvark: q→q + g; q + χ01
szlepton: ℓ→ℓ + χ01
gluínó: g→q + q + χ01; g + χ0
1
wínó: W→e + νe + χ01
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 40. fólia – p.40
SUSY-keresés az LHC-nál
Keress SM-várakozás fölötti többletet sokjetes, nagyEmiss
T eseményekbol.
Ha van, járd körbe, valódi-e.
Ha valódi, hajts végre rajta elore egyeztetettSUSY-válogatást.
Keress sajátos jellemzoket (pl. hosszú-élettartamúszleptonokra).
Keress b-jeteket, leptonpárokat, τ -t.
Határozd meg a SUSY-paramétereket globális illesztés-sel, levágások keresésével.
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 41. fólia – p.41
SUSY-keresés: tömegspektrum
Tömegspektrumlevágása:
Pl. χ02→ℓℓ→ℓ+ℓ−χ0
1
Mmaxℓℓ =
mχ0
2
√
1 − m2ℓ/m2
χ0
2
×√
1 − m2χ0
1
/m2ℓ
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 42. fólia – p.42
SUSY-keresés: PDG-2006
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 43. fólia – p.43
SUSY-keresés: PDG-2006
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 44. fólia – p.44
SUSY-keresés: PDG-2006
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 45. fólia – p.45
Collider Detector at Fermilab (CDF)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 46. fólia – p.46
Pszeudorapiditás(η)
Hadron- és nehézion-ütközések fontos jellemzoje
η = − ln tgΘ2 θ
pnyaláb
részp
Polárszög helyett használatos
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 47. fólia – p.47
CDF-esemény:tt→eνµνbbEseményszám vs. (Φ, η)
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 48. fólia – p.48
Rejtélyes események a CDF-ben
Z’(M = 371 GeV) → e+e− ??
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 49. fólia – p.49
pp→e+e−γγ
Elméleti cikkek özöne próbálta magyarázni SUSY??Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 50. fólia – p.50
CDF: Halloweenfoton + jet
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 51. fólia – p.51
A CMS SUSY-ellenorzési pontjai
SUSY benchmarkpoints
MSUGRA!Ott keresünk,
ahol világos van
LM: Low Mass
HM: High Mass
LM1 a kedvenc
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 52. fólia – p.52
CMS: SUSY-tesztpontok
A = 0
tan β = 10
µ > 0
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 53. fólia – p.53
SUSY tesztpontok és a korlátozások
Kék csík:WMAP-megengedte régió
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 54. fólia – p.54
SUSY elérési pontokµ±µ± eseményekkel
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 55. fólia – p.55
SUSY elérési pontokµ±µ± eseményekkel
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 56. fólia – p.56
Leptonpárok tömegspektruma LM1-benA = 0, µ > 0, tan β = 10
m0 = 60, m1/2 = 250 GeV/c2
∫
Ldt = 1 fb−1
Jel: χ02→ℓRℓ→ℓ+ℓ−χ0
1
m(χ02) = 180
m(ℓR) = 119
m(χ01) = 95 GeV/c2
Háttér: p + p→ t + t + X
Mmaxℓℓ = (80.42 ± 0.48) GeV/c2
MSSM jóslat: 81.04 GeV/c2
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 57. fólia – p.57
Ütközonyaláb hozama: luminozitásL = fnN1N2
A
f : körfrekvencia; n: csomagok számaN1, N2 részecske/csomag; A:
nyalábok átfedése
σ hkm-u reakció gyakorisága ǫ
hatásfoknál R = ǫσL
Integrális luminozitás: (fb−1)
Gyorsító ütközési idoszak∫
Ldt
energia (fb−1)
Tevatron 2 TeV 2001-2006 2,5
LHC 14 TeV elso pár nap 0,1
LHC 14 TeV elso pár hónap 1
LHC 14 TeV elso év (kis int.) 10
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 58. fólia – p.58
Az LHC muködésének elso idoszaka
1. Értsük meg a detektort: muködés, trigger, kalibráció
2. Mennyire hiteles a szimulációnk? Leírja a SMfolyamatait és a detektort? Egyezik a mérteloszlásokkal?
3. Keresd, amit vársz, vedd észre, amit nem vársz.Látunk eltérést (többletet) valamilyen eloszlásban aháttérszimulációhoz képest? Új fizika vagy hibásháttérbecslés?
4. Új fizika! Keresünk levágást valamilyentömegeloszlásban.
5. Ha tényleg új fizika: SUSY vagy valami más? Melyikmodell? Milyen paraméterekkel?
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 59. fólia – p.59
LHC: a Jó, a Rossz és a Csúf
JóHatalmas felfedezési potenciál:nagy energia, sokféle ütközés,
óriási luminozitás.
RosszRettenetes SM háttér, az
érdekesebb dolgok elofordulásigyakorisága 10−6 − 10−3
Csúf
Az érdekes folyamat melletteseményenként még 10-20 p-p
ütközés, hatalmas kombinatorikusháttér.
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 60. fólia – p.60
MSSM Low Mass 1 (LM1): stop-keresésGluino dominálja: σtot(g) = 49.66 pb
m(g) = 611 GeV; m(t1) = 411 GeV;m(χ+
1 ) = 180 GeV
m(χ02) = 180 GeV; m(χ0
1) = 95 GeV; χ02 9 χ0
1 Z
BR(g→t1t + t1t) = 2 × 3.21%; BR(t1→bχ+1 ) = 63%
BR(χ+1 →νℓLℓ) = 3 × 18%; BR(ν→χ0
1ν) ≈ 100%
BR(χ+1 →τ1ντ ) = 41%; BR(τ1→χ0
1τ ) = 100%
Keresési csatorna:
g→t1t t→bW→bqq′ t1→bχ+1 →bℓ+ + Emiss
BR(g→jel) = 1.5%
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 61. fólia – p.61
Stop-keresés LM1-ben
Stop-végállapot:
b-jet + ℓ± + Emiss
Stop-jel:
Minv(ℓ±b) levágás at Emiss < 180
GeV
Azonosítás: t → 3 hadronzápor
LM1 stop MC és CMS-rekonstrukció + ROOT:6630 generált t1 esemény (100 /fb)
Azonos válogatás generált és rekonstruált eseményekreBR(tt1→signal) = 23% ∼ 1500 jó esemény
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 62. fólia – p.62
Top és W rekonstrukció tiszta jelre
Generált
Rekonstruált
Izolált lepton + legalább 3 izolált jetj1 + j2 legközelebb M jj
inv = 80.4 GeV-hez, j3 → M3jinv = 174.3
GeV
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
100
200
300
400
500
600
700
800
GenWmass GenWmassEntries 1743Mean 80.6RMS 5.374
/ ndf 2
χ 26.9 / 37p0 75.2± 2968 p1 0.082± 1.992 p2 0.04± 80.54
Nlep=1 Njet>3 pTlep>30 pTjet>20 DRjet>0.6
Generated 2j-mass closest to W
GenWmass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
100
200
300
400
500
600
GentMass GentMassEntries 1743Mean 174.2RMS 16.01
/ ndf 2
χ 194 / 59p0 102.5± 3920 p1 0.168± 4.175 p2 0.1± 174.2
Generated 3j-mass closest to t
GentMass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
100
200
300
400
500
600
GentMassW GentMassWEntries 1697Mean 173.8RMS 15.23
/ ndf 2
χ 175.6 / 56p0 99.5± 3865 p1 0.166± 4.132 p2 0.1± 174.2
Generated 3j-mass closest to t, M(W)<90
2005-07-23 10:55:22
GentMassW
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
100
200
300
400
500
RecWmass RecWmassEntries 2734Mean 82.23RMS 12.32
/ ndf 2
χ 133.2 / 73p0 89.8± 4571 p1 0.183± 6.066 p2 0.08± 80.61
Reconstructed 2j-mass closest to W
RecWmass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
20
40
60
80
100
120
140
RectMass RectMassEntries 2734Mean 179.4RMS 32.43
/ ndf 2
χ 114 / 79p0 140.2± 6887 p1 0.94± 30.86 p2 0.4± 174.2
Reconstructed 3j-mass closest to t
RectMass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
20
40
60
80
100
120
140
RectMassW RectMassWEntries 2397Mean 176.3RMS 29.75
/ ndf 2
χ 88.48 / 79p0 131.9± 6185 p1 0.87± 28.22 p2 0.4± 173.6
Reconstructed 3j-mass closest to t, M(W)<90
RectMassW
Lorentz fitt: M jjrec = 80.6 M3j
rec = 174.2 M jjinv < 90 nem
segítHorváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 63. fólia – p.63
Standard LM1 MC (20k esemény)
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
100
200
300
400
500
600
700
800
GenWmass GenWmass
Entries 1673Mean 81.97
RMS 10.36 / ndf 2χ 55.28 / 50
p0 2.641± -2.092 p1 0.0519± 0.0675 p2 0.0002413± -0.0003108
p3 84.4± 2711
p4 0.107± 1.636 p5 0.04± 80.63
Nlep=1 Njet>3 pTlep>30 pTjet>20 DRjet>0.6
Generated 2j-mass closest to W
GenWmass
Minv50 100 150 200 250 300 350 400
Eve
nts
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
GentMass GentMass
Entries 1673Mean 190.6
RMS 46.95 / ndf 2χ 67.89 / 31
p0 24.0± -202.3 p1 0.283± 2.626 p2 0.000769± -0.007263
p3 190.7± 1692
p4 1.429± 8.766 p5 0.3± 174.2
Generated 3j-mass closest to t
GentMass
Minv50 100 150 200 250 300 350 400
Eve
nts
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
GentMassW GentMassW
Entries 1557Mean 187.3
RMS 43.14 / ndf 2χ 80.16 / 31
p0 24.2± -187.7 p1 0.286± 2.464 p2 0.0008± -0.0069
p3 210.6± 1748
p4 1.613± 9.427 p5 0.4± 174.4
Generated 3j-mass closest to t, M(W)<90
2005-07-25 16:07:55
GentMassW
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
20
40
60
80
100
RecWmass RecWmass
Entries 1512Mean 89.4
RMS 25.83 / ndf 2χ 186.3 / 67
p0 2.879± -1.389 p1 0.0507± 0.1614 p2 0.0002131± -0.0008552
p3 67.7± 1653
p4 0.0± 10 p5 0.30± 80.13
Reconstructed 2j-mass closest to W
RecWmass
Minv50 100 150 200 250 300 350 400
Eve
nts
0
10
20
30
40
50
RectMass RectMass
Entries 1512Mean 214.4
RMS 63.24 / ndf 2χ 22.75 / 31
p0 21.0± -169.2 p1 0.246± 2.108 p2 0.00067± -0.00555
p3 90.4± 426.2
p4 5.9± 10 p5 1.2± 176.7
Reconstructed 3j-mass closest to t
RectMass
Minv50 100 150 200 250 300 350 400
Eve
nts
0
10
20
30
40
50
RectMassW RectMassW
Entries 978Mean 198.1
RMS 53.94 / ndf 2χ 34.02 / 31
p0 18.2± -123.5 p1 0.212± 1.587 p2 0.000578± -0.004298
p3 82.5± 422.9
p4 5.9± 10 p5 1.1± 176.5
Reconstructed 3j-mass closest to t, M(W)<90
RectMassW
M recW = 80.1 ± 0.3 GeV; M rec
t = 176.7 ± 1.2 GeV
Keskenyebb Lorentzet eroltetve rossz háttér-fitt
Generált
Rekonstruált
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 64. fólia – p.64
Háttér: pp→tt MC (10k esemény)
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
5
10
15
20
25
30
35
40
GenWmass GenWmassEntries 94Mean 79.6RMS 2.794
/ ndf 2χ 3.951 / 8Area 18.0± 166.6 Width 0.369± 2.255 Center 0.20± 79.78
Nlep=1 Njet>3 pTlep>30 pTjet>20 DRjet>0.6 MET>120
Generated 2j-mass closest to W
GenWmass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
2
4
6
8
10
12
14
16
GentMass GentMassEntries 43Mean 176RMS 7.212
/ ndf 2χ 2.732 / 5Area 23.2± 131.7 Width 1.482± 4.567 Center 0.5± 174.5
Generated 3j-mass closest to t
0.8<DRWjj<3.0; 0.8<DRWtj<3.3
79<MW<82
GentMass
Minv40 60 80 100 120 140 160 180 200
Eve
nts
0
2
4
6
8
10
RecWmass RecWmassEntries 108Mean 82.31RMS 12.8
/ ndf 2χ 11.17 / 26Area 28.4± 235.6 Width 3.96± 19.83 Center 1.27± 82.26
Reconstructed 2j-mass closest to W
RecWmass
Minv50 100 150 200 250 300
Eve
nts
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
RectMass RectMassEntries 33
Mean 184.8
RMS 34.31Reconstructed 3j-mass closest to t
0.7<DRWjj<3.2; 1.0<DRWtj<3.3
76<MW<86
Nlep=1 Njet>3 pTlep>30 pTjet>20 DRjet>0.6 MET>120
RectMass
Generált
Rekonstruált
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 65. fólia – p.65
Stop @ LM1: Minv(ℓ±j4) with Emiss
Tiszta LM1 stop Teljes LM1 minta
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 66. fólia – p.66
Köszönetnyilvánítás
Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal
OTKA T042864, T046095 és NK67974
EU FP6 MC-ToK 509252 és III 031688
Megérto együttmuködo partnereink
Horváth Dezso: SUSY-keresés az LHC-nál Gyöngyöstarján, 2007.10.28. 67. fólia – p.67