Ricerche di nuova fisica ad LHC T. Lari University and INFN, Milano 1 Indice • • • • Misura delle particelle nello stato finale. Trigger utilizzati. Higgs (Standard Model): canali di scoperta Higgs (Supersimmetrici) Eventi di supersimmetria (mSUGRA) ad LHC – Topologia, montecarlo utilizzati • Ricerche inclusive – Analisi getti+energia mancante+n leptoni – Controllo del fondo di Modello Standard: fondo da processi fisici ed effetti strumentali, tecniche per valutarlo • Ricerche esclusive. – Ricostruzione di canali di decadimento specifici, misura delle masse • Interpretazione dei dati: dalle misure ad LHC ai parametri del modello • Altri modelli Supersimmetrici Non trattero’ di altri modelli Beyond Standard Model (extra dimensions, 2 Higgs doublet Model, Little Higgs, E6, …) Frascati 28/02/2006 2 ATLAS & CMS ATLAS: A Toroidal Lhc ApparatuS -Preciso sistema di tracciatura centrale -Buona copertura calorimetrica EM -Buona accettanza per i m -Calorimetria adronica ermetica (buona misura jet e Etmiss) Rivelatori “general purpose”, ottimizzati per la ricerca dell’Higgs e della Supersimmetria Frascati 28/02/2006 CMS: Compact Muon Solenoid 3 Misura dei getti Separazione: Diversi algoritmi per raggruppare celle calorimetriche vicine che danno un segnale. Ad esempio: cono di DhxDf= 0.4 (o 0.7) attorno ad una cella “seme” Calibrazione: Il segnale di ogni cella viene pesato, in modo da ottimizzare la risoluzione, la linearita’, e la scala di energia. Correzione di effetti strumentali (energia del getto di particelle) e fisici (energia del partone originario). Strumenti: confronto con la verita’ montecarlo, pt balance in g+jet, Z+jet, massa del W, … Accettanza: |h| < 5 (getti forward meno precisi) Prestazioni attese (ATLAS): -Risoluzione 60%/sqrt(E)+3% -Scala di energia nota all’1% Identificazione: I soli getti del b, per |h|<2.5, possono essere identificati con una efficienza del 50-60% (probabilita’ di falsi positivi: O(1%) per getti dell’u, O(10%) per getti del c). Prestazioni del tagging dipendenti dal pt, h, ed isolamento dei getti. Frascati 28/02/2006 4 Misura di energia mancante e taus • Energia mancante = somma delle energie delle celle del calorimetro (h<5) e dei muoni (h<3.2) – Varie correzzioni per il rumore, energia persa nel materiale non sensibile, etc. – Risoluzione proporzionale a sqrt(SET). Contributi da risoluzione del calorimetro, muoni, energia delle particelle fuori accettanza • Tau misurati se decadono adronicamente (65%). – Distinti dai getti sulla base del profilo di energia persa nel calorimetro, il numero di tracce, etc. – Efficienza vs reiezione dei getti funzione di pT ed h Frascati 28/02/2006 5 Misura di e, m, g • Elettroni, fotoni isolati (dai getti) – Accettanza h<2.5 – Efficienza 80-90%, regiezione dei getti O(104) – Risoluzione 10%/sqrt(E)+0.7% (ATLAS) • Muoni isolati (dai getti) – Accettanza h<3.2, pT>5 GeV – Efficienza 95% (per muoni isolati) Calibrazione in situ da Z →ee,mm Frascati 28/02/2006 6 Trigger (ATLAS) • Il trigger più generale per • • ricerche di supersimmetria richiede EtMiss > 70 GeV e un getto con PT>70 GeV I tipici tagli di analisi sono molto piu’ stringenti Trigger usati nella ricerca dell’Higgs: – – – – – Frascati 28/02/2006 2 fotoni con pt> 20 GeV 2 elettroni con pt>15 GeV 2 muoni pt>10 GeV 1 tau pt>35 GeV, EtMiss>45GeV … 7 Higgs production at LHC gg → H qq → qqH Il processo di produzione primario e’ il “gluon fusion”. La Vector boson fusion (VBF) e la produzione associata possono pero’ avere rapporti segnale/fondo migliori. Hbb, HZ, HW, Htt I canali di VBF hanno due getti forward (h> 2) e nessun getto duro centrale (h<2): Forward jet tagging+central jet veto Studiato solo a bassa luminosità (ad alta luminosità problemi con il veto sui getti MH< 219 GeV (95% CL) centrali, a causa delle interazioni pp Frascati Il fit elettrodebole dice che l’Higgs e’ leggero! aggiuntive) 28/02/2006 8 (assume la validità del modello standard) Canali di scoperta MH < 2 MZ (difficile) H →gg inclusivo, ttH, WH, qqH H→ ZZ* → 4l H → WW* → lnln H → bb ttH, WH MH > 2MZ (facile) H → ZZ → 4l qqH → WW → ln jj qqH → ZZ → 4l, llnn, lljj Frascati 28/02/2006 9 H → gg E’ il canale che permette la migliore misura della massa dello Higgs. Si puo’ ottenere una precisione migliore dell’ 1% per masse del bosone tra i 100 e i 150 GeV. Reported here: LO analysis, gg fusion only NLO analysis and VBF channels improve significance (ATLAS study, waiting for approval) Misura basata sul calorimetro elettromagnetico (ma anche il tracciatore). Per un buon rapporto segnale/fondo occorre -un’ottima discriminazione getti/fotoni -un’ottima risoluzione sulla massa invariante (energia fotoni e posizione interazione pp) -Un’ottima efficienza (recupero conversione g→ ee nel tracciatore) per Frascati poter estrarre il segnale dal fondo. 28/02/2006 100 fb-1 10 H→ZZ*→4 leptoni 100 fb-1 Il segnale puo’ essere estratto con facilita’ da un fondo prevalentemente piatto. Per MH>2MZ il canale di decadimento in ZZ e’ quello che offre migliore possibilità di scoperta, assieme al qqH con H→WW, ZZ. L’accettanza del rivelatore e le efficienze di ricostruzione sono punti cruciali per questo canale. Se uno dei 4 leptoni non viene ricostruito, si perde l’evento. Frascati 28/02/2006 11 qq->ttH, t->bln, t->bjj, H->bb Il trigger e’ dato dal decadimento semileptonico del W. Richiede 4 getti taggati come b. I I getti vengono associati al decadimento del top o dell’Higgs a seconda del valore delle combinazioni di massa invariante. Punti critici: Usata per masse < 130 GeV Prestazioni del b-tagging Produzione diretta non visibile (fondo QCD troppo elevato) Conoscenza della shape del fondo Frascati 28/02/2006 12 VBF channels qq->qqH,H->WW*->2l 2n CMS In questo canale solo la massa trasversa puo’ essere ricostruita. qq->qqH,H->2t Due canali, a seconda del decadimento dei due tau: Lepton-lepton Lepton-hadron Il quadrimpulso del tau e’ ricostruito scomponendo il vettore di missing energy lungo la direzione dei prodotti di decadimento visibili dei tau (aprossimazione collineare, valida per impulsi elevati) Due getti forward+central jet veto (VBF channel) Frascati 28/02/2006 ATLAS, lepton-lepton Zjj tt, WW 100 120 140 160 13 Grafico riassuntivo di scoperta 100 120 140 160 180 200 mH (GeV) I contributi dalle analisi basate sulla VBF (non considerati nei primi studi) danno il contributo principale per 110 GeV < mH < 190 GeV Frascati 28/02/2006 14 Possibili misure dei parametri I canali con H->gg e H->4 leptoni offrono le migliori risoluzioni in massa. Frascati 28/02/2006 15 5 discovery curve for A°/H° tt Il settore di Higgs • MSSM Higgs properties at tree level can be given in terms of two parameters: MA = mass of neutral Higgs A0 tan = the ratio of the vacuum ATLAS expectation values of the two Higgs doublets. • L’Higgs leggero (proprieta’ simili a l’higgs del MS) ha una massa < 130 GeV ed e’ osservabile nell’intero spazio dei parametri • L’MSSM A0/H0 tt can be discovered with 30 fb-1 in the region : 150 MA 800 GeV 10 < tan < 45 Produzione dipendente da tan : se osservato, permette di misurare questo parametro • In Frascati alcune regioni dello spazio dei parametri puo’ essere osservato anche 28/02/2006 l’Higgs carico. 16 Eventi SUSY ad LHC Le masse e gli accoppiamenti delle particelle SUSY dipendono dalla scelta del modello e dei suoi parametri (nel caso piu’ generale, 105 parametri liberi!). Modelli particolari (pochi parametri liberi) e specifiche scelte dei parametri (punti di benchmark) vengono usati per sviluppare strategie di analisi. Caratteristiche comuni alla maggior parte degli scenari: • Stabilita’ del protone: conservazione della parita R, le particelle SUSY sono prodotte in coppia, la particella SUSY piu’ leggera e’ stabile e debolmente interagente (candidato per la materia oscura) • Naturalezza: Particelle colorate (quark scalari, gluoni) piu’ leggere di circa 1000 GeV, dominano la sezione d’urto ad LHC. Decadimento a cascata nella LSP: getti adronici ed energia mancante. Frascati 28/02/2006 17 Eventi SUSY ad LHC p p Nota bene: solo una delle due catene di decadimento dell’evento e’ mostrata ~ g q ~ q q ~ c0 2 ~ c01 ~ l l l Segnatura: - Energia mancante dal neutralino - Getti dal decadimento di squark e gluini - A seconda dei decadimenti del modello/punto specifico: leptoni isolati, b-getti, fotoni Il modello piu’ studiato dagli esperimenti e’ mSUGRA (prossime 10 slides). Assume l’unificazione delle masse alla scala GUT. 5 parametri liberi: M0, m1/2, A, tan, sgn(m) Frascati 28/02/2006 18 Simulazione eventi SUSY Assumendo di partire da un set di parametri mSUGRA… – Risoluzione delle equazioni del gruppo di rinormalizzazione (RGE) per ottenere le masse alla scala elettrodebole (ISAJET, SOFTSUSY, SPHENO, SUSPECT, …) – Calcolo dei branching ratios – Generazione degli eventi ad LHC (HERWIG, PYTHIA, ISAJET, …) – Simulazione della risposta del rivelatore • Veloce: parametrizzazione della risposta del rivelatore ad ogni particella generata • (efficienza, risoluzione, …) Dettagliata: simulazione delle interazioni delle particelle col rivelatore, formazione dei segnali, ricostruzione dei raw data simulati con gli stessi programmi che verranno usati per quelli veri (molta piu’ CPU necessaria…) – Per controllare la densita’ di neutralini nell’universo, limiti dalla fisica del sapore (b→sg, ...): ISAJET, MICROMEGAS, … – ATLAS: RGE e BRs con ISAJET, produce un file ASCII con masse e decadimenti che viene passato ad HERWIG Frascati 28/02/2006 19 The standard discovery plot Most general search strategy: jets + ETmiss + n-leptons Fondi: - Real missing energy from SM processes with hard neutrino tt, W+jets, Z+jets, bb, cc - Fake missing energy from detector ATLAS Physics TDR Jets + ETmiss + 0 lept. 1 TeV SUSY SM (PYTHIA) Meff =S|pTi| + ETmiss (GeV) ATLAS 10 fb-1 SUSY selection cuts used in the pictures: • 1 jet with pT >100 GeV, 4 jets with pT>50 GeV • ETMISS > max(100 GeV,0.2Meff) • Transverse sfericity ST>0.2 • No isolated muon or electron with pT>20 GeV Frascati 28/02/2006 20 Potenziale di scoperta osservabili fino a 1.5-2 TeV di massa • In pratica, il tempo necessario per la scoperta dipendera’ dalla capacita’ di ridurre rapidamente l’errore sistematico sul fondo (conoscenza dei processi di fisica dello SM e degli effetti strumentali) Frascati 28/02/2006 M1/2 (GeV) • Con 10 fb-1 squark e gluini ATLAS M0 (GeV) 21 Elementi di matrice e fondi • L’emissione di un getto energetico nei processi del MS è importante per i fondi SUSY • Le analisi tradizionali usano Parton Shower Montecarlo per i processi MS: sottostima l’emissione di getti energetici • Studi di fondi recenti: • Generazione del processo con il calcolo dell’ elemento di matrice (Alpgen, Sherpa, …) • Adronizzazione parton con HERWIG, PYTHIA • Risoluzione dei problemi di double-counting con il matching MLM tt+jet PT of additional jet (GeV) Il parton shower è un buon modello per l’emissione collineare, ma non descrive l’emissione di un getto duro. Frascati 28/02/2006 22 Fondi con elementi di matrice • Il fondo aumenta, e la slope diventa simile a quella di eventi SUSY. Ma la significanza statistica degli eventi SUSY rimane elevata. ATLAS Preliminary (0 leptons) ATLAS Preliminary (1 lepton) SUSY (mass=1 TeV) SM (ALPGEN+PYTHIA) Meff (GeV) N.B. Il segnale SUSY simulato non è lo stesso che quello della slide 20 – un confronto diretto non è corretto Frascati 28/02/2006 Meff (GeV) 1-lepton channel more promising than 0lepton - Background decreases more than signal - Dominant background is top, more controllable than QCD jets (see later) 23 Fondi dai dati: tt • Top mass reasonably uncorrelated with ETMISS • Select events with m(lj) in top window (with W mass constraint – no b-tag used). Estimate combinatorial background with sideband subtraction. • Normalize to low ETMiss region (where SUSY small) • Procedure gives estimate consistent with top distribution also when SUSY is present Frascati 28/02/2006 ATLAS Preliminary Full Simulation 0.5 fb-1 Blue: tt (MC@NLO) Green: SUSY Dots: top estimate 24 Altri fondi • Z+getti, Z → nn – Selezionare un campione di Z+getti, Z → ee – Trattare l’impulso degli elettroni come energia mancante - Normalizzare per BRs, accettanze, etc. • Altri fondi di fisica (W+getti, bbjj, ccjj, …): usare una combinazione di Montecarlo validati sui dati e di campioni di controllo. • Effetti strumentali: code nongaussiane nella risoluzione su getti ed energia mancante. Strategia: – Mappatura di celle “cattive” (simmetria f, bilanciamento impulso in Z+jets, …) – Evitare regioni problematiche, tipo gettiche puntano nella regione di separazione tra settori diversi del calorimetro (crack) – Eliminare eventi col vettore di ETmiss lungo un getto. • All’inizio, tagli stringenti, rilassati man mano che la comprensione del rivelatore migliora. Frascati 28/02/2006 25 Misure esclusive • Fase 1: scoperta di un eccesso di eventi rispetto alle previsioni del modello standard (ricerche inclusive) • Fase 2: studio delle proprieta’ delle nuove particelle – Ricostruzione di canali di decadimento specifici – Misura di endpoint cinematici, relazioni tra le masse delle nuove particelle – Misura dello spin dalle distribuzioni angolari (richiede statistiche elevate) – … • Gli studi esclusivi richiedono la simulazione di tutti i processi SUSY per un punto specifico dello spazio dei parametri, in quanto il fondo dominante e’ solitamente il combinatorio dagli eventi di supersimmetria Frascati 28/02/2006 26 Edge dileptonico p p Precisione ottenibile sull’edge con 30 fb-1 : 0.5% q q~ ~ g q q Il decadimento leptonico del neutralino e’ particolarmente pregiato: • Presente in molti modelli • Il fondo MS e’ spesso trascurabile • Tipico punto di partenza per la ricostruzione della catena di decadimento Segnatura: due leptoni, getti, energia mancante Frascati 28/02/2006 ~ c01 ~ l ~ c0 2 l l ATLAS 30 fb-1 atlfast Massa invariante e+e- o m+m27 Mass reconstruction: a typical decay pchain p q ~ g ~ q q ~ c0 2 ~l ~ c0 1 l l The invariant mass of each combination has a minimum or a maximum which 0 0 provides one constraint on the masses of c q ~ 1 ~c 2 ~l ~ ATLAS Fast simulation, LHCC Point 5 ATLAS TDR ATLAS TDR ll edge llq edge lq edge 1% error (100 fb-1) 1% error (100 fb1) Frascatiin Allanach et al., hep-ph/0007009 Formulas 28/02/2006 ATLAS TDR ATLAS TDR llq threshold 28 Model-independent masses • Combine measurements from edges of different jet/lepton combinations to obtain ‘model-independent’ mass measurements. • LSP mass uncertainty large, all other masses strongly correlated with it. ~ c0 ~ lR 1 masses (GeV) LHCC5 SPS1a m(c01) ~ m(lR) 122 96 157 143 m(c02) 233 177 ~) m(q L 687-690 537-543 ATLAS ~0 c 2 Frascati 28/02/2006 ~ qL Sparticle Expected precision (100 fb-1) ~L q 3% ~ c02 6% l~R 9% ~ c01 12% 29 Coannihilation (SU1) Giusto per far vedere che gli stessi studi vengono fatti anche con la simulazione dettagliata ATLAS Preliminary Full Sim. 20 fb-1 ~q edge R ATLAS Preliminary Full Sim. 20 fb-1 ll edge Frascati 28/02/2006 ATLAS Preliminary Full Sim. 20 fb-1 ql(min) edge qll edge ql(max) edge qll threshold 30 Dalle masse ai parametri del modello Si parte da un set di misure. Si fa uno scan dello spazio dei parametri per trovare i punti compatibili coi dati. Nell’esempio, nell’ambito di mSUGRA. Se le misure sono innumero sufficiente si puo’ fare per modelli piu’ generali (ma 105 parametri liberi sono un problema…) Questi puunti sono poi forniti ai programmi che calcolano la densita’ di materia oscura. Si puo’ ripetere per altre osservabili (EDMs, Bs → mm, …) ma occorrono programmi pubblici, documentati, con interfaccia standard. ATLAS measurements Micromegas 1.1 (Belanger et al.)+ ISASUGRA 7.69 Wch2 = 0.1921 0.0053 log10(cp/pb) = -8.170.04 Wch2 300 fb-1 ATLAS Parameter m0 m1/2 tan() A0Frascati 28/02/2006 Expected precision (300 fb-1) 2% 0.6% 9% 16% 31 GMSB scenario In gauge mediated supersymmetry breaking models, the lightest SUSY particle is the gravitino. Phenomenology depends on nature and lifetime of the second lightest state: ~ τ1is NLSP cτ>>L cτ~L cτ<<L Like an heavy μ ~ is NLSP N 1 Like mSUGRA NLSP decays in the detector, possible lifetime measurements Decay into 2τ Decay into 2γ L=detector size Frascati 28/02/2006 32 GMSB • Heavy slow “stable” leptons can be tagged with Time-Of-Flight measurements in muon drift tubes. CMS CMS Also similar ATLAS studies (Phys. TDR) Frascati 28/02/2006 33 Fisica del sapore e SUSY • In scenari di “minima violazione del sapore” (come mSUGRA) le matrici di massa si squark e sleptoni sono diagonali nella base CKM. Gli effetti sulla fisica del B sono limitati (Bs → mm e b→sg) • Altri scenari possono risultare in BRs dell’ordine del 10% per decadimenti di squark e sleptoni che violano il sapore, e avere effetti osservabili su EDMs, la fisica del B/D/K, m→eg, t→3m, …. • Workshop dedicato all’interplay tra fisica BSM ad LHC e fisica del sapore: Flavour in the era of LHC (CERN, Novembre 2005 – Dicembre 2006) • Per esplorare questi scenari occorrono dei tools per – Simulare gli effetti di non-minimal flavour violation su masse e BRs delle particelle supersimmetriche (e di altri scenari BSM) – Collegare le osservabili ad LHC (masse, decadimenti) e a basso pt (Bfactories, etc.) Frascati 28/02/2006 34 Conclusions • The Standard Model Higgs boson, if it exists, will be observed at the LHC in case of Supersimmetry, more than one Higgs may be observed. • Supersymmetry is one of the most promising extensions of the Standard Model. • In most models, a few fb-1 of data will allow the LHC experiments to measure a clear excess over the SM contribution and reconstruct several mass relations. Whether we can achieve this within the first year of physics run will depend on the ability of the experiments to understand their detector and the SM processes in a short time. • Recent ATLAS and CMS studies focus on • Understanding of SM backgrounds with the use of the latest Montecarlo tools, and development of strategies to validate the MC predictions with data. • Large scale productions of full simulation data, are used to study detector systematic and prepare for real data analysis. •Looking eagerly forward to the first data! Frascati 28/02/2006 35 Backup Frascati 28/02/2006 36 Reach of different channels Inclusive ETMiss + jet: • Best signature • Important for high ∫L limit Multi-lepton n(≥1) ℓ: • Less powerful • But may be very useful for early discovery: – Signal confirmed in several channels – Better S/B, leptons better measured/understood than jets at the beginning – can be important in early searches Esempio: 2mSS Frascati 28/02/2006 ATLAS 37 Simulazione eventi SUSY (II) • Interfaccia standard (Les Houches Accord): e’ possibile, risolvere le RGE Wc Softsusy con SOFTSUSY, passare i parametri alla scala elettrodebole a ISAJET, calcolare i decadimenti e passare masse/BRs a HERWIG ISAJET 7.69 • Non tutti i programmi interfacciati (non cosi’ facile calcolare i decadimenti ISAJET 7.71 con SOFTSUSY e passare il risultato ad HERWIG) • Incertezza sulla soluzione delle RGE in punti difficili dello spazio dei parametri (focus point) • Anche specificando I parametri alla scala elettrodebole si possono ottenere masse/decadimenti molto diversi da programmi diversi. Difficile per uno sperimentale districarsi tra la foresta di programmi e capire l’origine delle differenze (parametri SM diversi? Correzioni radiative? …) Frascati 28/02/2006 38 CMS SUSY trigger benchmarks • 6 benchmark points used to test CMS trigger performance – Represent difficult “case studies” for the trigger, non exhaustive test of the values of SUSY parameters. Point m0 (GeV) m1/2 (GeV) σ (pb) 4 20 190 181 5 150 180 213 6 300 150 500 7 250 1050 0.017 8 900 930 0.022 9 1500 700 0.059 A0 = 0, tanβ = 10, μ > 0 Low Mass (LM): - Low ETMiss - Low PT particles High Mass (HM): - High mass sparticles - σprod very low • 4, 5 and 6 excluded by LEP, but useful to test trigger performances • The same points are also studied for R-parity violation, with χ10jjj Frascati 28/02/2006 39 Trigger performances 1 jet + ETMiss > ETMin 4 jet, ET > ETMin CMS CMS Point Point 4 5 6 4R 5R 6R L1 92 92 85 94 93 87 HLT 69 68 44 46 41 26 7 8 9 7R 8R 9R L1 90 98 94 100 100 100 HLT 85 92 76 90 88 64 Efficienza cumulativa (%) • If R-parity is conserved, the ETmiss trigger have an high efficiency. • Efficiency is lower for R-parity violation Frascati 28/02/2006 – Compensated by n-jets triggers 40 Example of an analysis: 2μSS Promising channel: (CMS study 2004) – High trigger efficiency for μ – Clean, easy channel (even with tracker misalignments) – Less background contamination than for ETMiss + N jets Preselection: 2 μ SS with PT > 10 GeV reliable quite early Further cuts on jet and ETmiss optimized for each point. More difficult to control with early data Main backgrounds: tb , pb N1 N2 0.212* 2,120 112 tqb tb tqb 5.17* 51,700 1,798 0.129* 1,290 71 3.03* 30,300 1,067 ZZ 18(NLO) 180,000 256 ZW WW tt 26.2 262,000 727 70.2 702,000 39.7 Zbb 886(NLO) 232(NLO)* 8,860,000 2,320,000 142,691 12,924 All 160,000 N1: Total number of events expected for ∫L=10 fb-1 N2: Events passing preselection cuts Dominant background is from top. That’s good – can be understood using data (see later) Frascati 28/02/2006 41 2μSS results m 6000 0 Several points visible with ∫L<<10 fb-1 For many points significance is >> 5 CMS 5000 18 4,6,8,10,11,19,20 17 4000 16 3000 7 2000 2 12 1000 13 0 14 In black the points for which the significance is > 5σ for ∫L=10 fb-1 1 3 0 15 9 500 5 1000 1500 2000 2500 m3000 1/2 Study of results stability: • Both +30% SM and –30% SUSY • Only point #13 exits discovery zone. Frascati 28/02/2006 42 Mass peaks • The 4-momentum of the c02 can be reconstructed from the approximate relation p(c02) = ( 1-m(c01)/m(ll) ) pll valid when m(ll) near the edge. • The c02 can be combined with b-jets to reconstruct the gluino and sbottom ~ 0 mass peaks from~ g→bb→bbc 2 SPS1a, 300 fb-1, stat. errors only: 0 ) = (500.0 ± 6.4) GeV ~ m(g)-0.99m(c 1 ~ ~ m(g)-m(b1) = (103.3 ± 1.8) GeV ~ ) = (70.6 ± 2.6) GeV ~ m(g)-m(b 2 Frascati 28/02/2006 ATLAS SPS1a CMS 1 fb-1 -1 300 m(q) fb ~ = (536 ± 10) GeV m(cbb) (GeV) CMS 10 fb-1 ~ m(g) ATLAS= (500 ± 7) GeV SPS1a 300 fb-1 m(cbb)-m(cb) (GeV) 43 Canali di scoperta (II) Frascati 28/02/2006 44 Split SUSY • Caratteristiche del modello: – Abbandona il criterio di naturalezza (violato nel caso della costante cosmologica) – Scalari pesanti (>> TeV scale) – Producibili ad LHC: chargini/neutralini (produzione elettrodebole, difficile da osservare) e gluini – Gluino metastabile (decade via squark virtuale) • I gluini dovrebbero essere facilmente osservabili ad LHC: – Vita media breve: caso simile a mSUGRA – Vita media ~ ps : getti con origine diversa dal punto d’interazione – Vita media lunga: particelle stabili con interazione forte (R-adroni). Penetranti (energia persa poco maggiore che per i muoni), lente (v<c), possibilita’ di cambiare la carica per interazione nel rivelatore. Segnatura con fondi di MS trascurabili, visibili fino a ca. 1800 GeV di massa. • Interazioni degli R-adroni implementate in GEANT3 e GEANT4, studiabili con la simulazione dettagliata Frascati 28/02/2006 45 Other mass measurements q~R g c01q ATLAS 30 fb-1 ~ qL gc02q → c01hq →c0 1bbq ATLAS Point 5 100 fb-1 ATLAS 30 fb-1 Right squark MT2 (GeV) ~ c0 tt co2 tt 1 M(bbq) (GeV) c0 2 hard jets and lots of ETmiss. Two body decay of 2 0 . to higgs and c 1 Reconstruct with Reconstruct higgs mass (2 b-jets) and 0 m(q~R)-m(c 1) = (424.2 ± 10.9) GeV combine with hard Also works for sleptons. jet. Frascati Get additional mass 28/02/2006 constraint. M(tt) (GeV) Tau decay dominates neutralino BR at large tan. No sharp edge because of n, but end-point can still be measured. 46 Stop leggero • Parametri SUSY fissati richiedendo: – Bariogenesi alla scala elettrodebole – Materia oscura composta da neutralini • Punti di benchmark definiti, con – (Uno dei due) stop leggero (110-160 GeV) – Gli altri scalari pesanti (1-10 TeV) • Punto di benchmark studiato da ATLAS: – Massa dello stop 147 GeV – Sezione d’urto 430 pb ~ – Decadimento t → b c+ → b W* c0 Frascati 28/02/2006 47 Stop leggero: analisi Stato finale simile a eventi tt. Segnatura: 2 b-getti, 2 getti leggeri, un leptone, energia mancante - Getti ed energia mancante piu’ soffici che in eventi tt - Fondo dominante da tt (in misura minore, Wbbjj). - Il fondo tt puo’ essere stimato dai dati, sfruttandone la cinematica nota b c0 n m+ t t q cq c+ b c0 ATLAS Massa invariante bjj 1.8 fb-1 Su una gamba del decadimento, richiedere una combinazione jjb compatibile col decadimento di un top. Il campione selezionato (con pochissima contaminazione SUSY) viene sfruttato per misurare la forma delle distribuzioni cinematiche sulla gamba leptonica del decadimento. -Dopo la sottrazione del fondo, si ottiene una distribuzione consistente con quella dei soli eventi SUSY – buona significanza conFrascati soli 2 fb-1 28/02/2006 48