STATO DI CDF E PROSPETTIVE
Tommaso Dorigo, INFN-Padova
Riunione CSN I - Roma, 15 maggio 2007
Outline
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CDF-Italia: chi siamo
– Istituzioni
– Contributi
– leadership, training
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Stato dell’acceleratore
– Prestazioni attuali
– Prospettive
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Il rivelatore CDF e l’esperimento
– CDF
– Stato dei trigger upgrades (XFT,SVT,L2 CAL)
– Computing, remote monitoring
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Risultati di CDF con 1/fb e prospettive con 6-7/fb
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Ricerche dell’Higgs SM
Misure di precisione di top physics
Fisica del B: oscillazioni, misure, ricerche
Misure di precisione elettrodeboli
Ricerche di nuova fisica (MSSM, SUSY,ED…)
Nuove misure di QCD
Riassumendo…
Conclusioni
CHI SIAMO
CDF-Italia
• Nove gruppi: Bologna, Frascati, Padova, Pavia, Pisa/Siena, Roma,
Trento, Trieste, Udine
• 64 FTE + 22 studenti:
– negli ultimi 12 mesi completate 6 tesi di laurea, 4 di dottorato
– attualmente 10 laureandi, 12 dottorandi
• Impatto determinante e riconosciuto in:
– Upgrades recenti
• XFT, SVT, L2CAL
– Incarichi di responsabilità
• Speakers, Statistics, Computing
– Day-to-day operations
• Remote CO shifts (Pisa control room)
• Monitoring, calibrazioni, trigger
– Fisica!
• Un vasto coinvolgimento in analisi importanti
• Diversi posti di responsabilità (convenership, godparenting, reviewing)
Tesi recenti e in corso
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Laurea: 6 negli ultimi 12 mesi
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Dottorato: 4 negli ultimi 12 mesi
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Mia Tosi, L.SP. “A new multivariate approach to the b-jet energy measurement at the CDF-II experiment”
(Busetto, Dorigo)
Elena Moretti, L.SP. “Applicazione dell'algoritmo rForest alla misura della massa del quark top“ (Busetto,
Dorigo)
Diego Perizzolo, L.SP. "Le correzioni dell'energia dei jet nella misura della massa del quark top" (Busetto,
Dorigo)
Januscia Duchini, L.TR. "Studio delle prestazioni di un trigger di livello due "SVX +BMU" per la selezione
online di muoni ad alto pt a CDF" (Ciocci)
Chiara Ferrazza, L.SP. "Identificazione di quark pesanti in getti adronici in interazioni p-pbar con il rivelatore
CDF al Tevatron“ (Dionisi, Jeans)
Lucas Rogondino, L.SP. S.Anna “Online Diagnostic and Monitoring for the Trigger selection at the CDF
Experiment” ( Dell’Orso)
Diego Tonelli, "First observation of the Bs->K+K- decay mode, and measurement of the B0 and B0s
mesons decay-rates into two-body charmless final states at CDF.“ (Punzi)
Paola Squillacioti, “Measurement of the branching fraction ratio BR(B+ -> antiD0 K+ -> [K+ pi-] K+)/BR(B+
-> antiD0 pi+ -> [K+ pi-] pi+) with the CDF II detector” (Ciocci, Punzi)
Pierluigi Catastini, "Measurement of kinematic properties and fractions of charged particles species
produced in association with B mesons using the CDF II detector“ (Ciocci, Punzi)
Giuseppe Salamanna, L.SP. “First observation of $B_{s}$ mixing at the CDF II experiment with a newly
developed Opposite Side $b$-flavour tagger using Kaons” (Dionisi, Rescigno)
Più quelle in corso:
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10 tesi di laurea: Stefano Camarda, Aureliano Rama, Stefano Cuomo, Paola Garosi, Federico Sforza,
Marco Trovato, Maria d’Errico, Nicola Pozzobon, Viviana Cavaliere, Chiara Farinelli
12 tesi di dottorato: Manuel Mussini, Fabrizio Margaroli, Simone Pagan Griso, Chiara Ferrazza,
Francesco Crescioli, Guido Volpi, Michele Giunta, Paolo Mastrandrea, Gabriele Compostella,
Benedetto di Ruzza, Pierluigi Totaro, Michael Morello
Incarichi di responsabilità
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Notevole e riconosciuto impatto:
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Leadership di gruppi di fisica e tasks cruciali - responsabilità ufficiali in CDF:
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Altri incarichi:
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Higgs Trigger Task Force co-convener: Luciano Ristori
Offline & Computing co-convener: Donatella Lucchesi
Mixing analyses coordinator: Franco Bedeschi
Speakers Committee chair: Giorgio Chiarelli
Statistics Committee: Giovanni Punzi
Spokespersons reading group: Giorgio Bellettini
B-mixing, lifetimes, CPV subgroup convener: Diego Tonelli
B decays and CPV group convener: Sandro de Cecco
High-Pt B-tag group convener: Daniel Jeans
B-trigger representative: Simone Donati (anche resp. simulazione XFT)
Responsabili SVT: Alberto Annovi, Stefano Torre
Responsabile L2CAL hardware: Laura Sartori
Responsabile Monitoring L2CAL: Giorgio Cortiana
Responsabile calibrazione CHA/WHA: Fabio Happacher
Responsabili HV system TOF: Sandro de Cecco, Daniele de Pedis, Stefano Giagu
Responsabile remote CO shifts: Fabrizio Scuri
Godparenting (referee interni) di 22 articoli in via di pubblicazione
Internal reviewing di molte altre analisi da approvare
E poi c’è la FISICA!
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Contributo determinante in molte analisi importanti (Bs Mixing, Higgs…)
Sviluppo di tools avanzati e di uso generale (B tagging, b-JES, forward tracking)
TEVATRON E CDF
Stato dell’acceleratore
L’ultimo anno di presa dati ha visto
un’accelerazione nel miglioramento delle
prestazioni
Records: 43/pb/w, 162/pb/mo, L=2.92E32
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Electron cooling in funzione, e in continuo
miglioramento;
Recycler usato di routine per l’iniezione
Smooth running
–
Efficienza di presa dati >80%, perdite contenute:
•
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5% dead time (intenzionale - per massimizzare
l’output di fisica)
Start/end store (5%), problemi DAQ (5%)
Prospettive per il 2009
Il sistema del recycler è nuovo, molti parametri
da tunare
– “slow learning curve”
– Interazione fascio-fascio la maggiore incognita
Gli upgrades al sistema di produzione,
trasferimento, accumulazione, ricircolo, e
raffreddamento degli antiprotoni sono molti –
L’effetto cumulativo non si raggiunge in un solo
step
Il margine per un ulteriore miglioramento
è ancora molto ampio
Attualmente la luminosità integrata
media per settimana è di oltre 32/pb
Due ipotesi: B’, D’
B’: NO improvements: 2.5/fb+108x32 = 5.9/fb
D’: design slope : 2.5/fb+108x48 = 7.7/fb
Probabili 7/fb per la fine del 2009
D’
B’
Il rivelatore CDF
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Rivelatore magnetico all-purpose
L00+SVX+ISL, 7 strati di silicio
COT, central tracker |h|<1.1
CEM/PEM: elettroni identificabili fino a |h|<2.0
CMU+CMP+CMX+BMU: camere a mu estese fino a |h|<1.5
Calorimetri em(15%/sqrt(E)), had (80%/sqrt(E) )
SVT: misura online di Pt, f, e IP delle tracce con risoluzione
di 45 mm
Il tracker (SVX, COT) sopravviverà senza problemi fino
alla fine del 2009
Il trigger richiede costante attenzione  upgrades a
XFT,SVT, L2CAL; aumento capacità DAQ
Il sistema di Trigger di CDF
• Il trigger è organizzato in 3 livelli
– L1: hardware, sincrono
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•
•
processing in parallelo
Pipeline 42 clock cycles deep
decisione in 5ms
Accept rate max 35 kHz
– L2: hardware e software, asincrono
• In media decisione in 30 ms
• Accept rate max 600 Hz
– L3: software
• Farm di PC
• Algoritmi offline ottimizzati
• Accept rate max 100 Hz
Trigger upgrades
Per mantenere vivo il sistema di acquisizione ad alta luminosità sono serviti
sostanziali miglioramenti all’hardware di L1 e L2: XFT-3D, SVT, L2CAL
A L1 resa 3-D la ricostruzione di tracce con
l’upgrade di XFT
 minore rate dei B-triggers a parità di
efficienza
 per L<140E30 ora più spazio per trigger
migliori
A L2 una maggiore velocità di decisione permette
di aumentare il L1A rate (L2 decision crate,
pulsar upgrade)
maggiore efficienza su canali “difficili”
Avevamo 2 tabelle di trigger, ora una sola
funziona bene anche a 3E32
Il dead time è ora a livello fisiologico
(circa 5%) !
Upgrade del trigger L2CAL
Ad alta luminosità il vecchio hardware cluster finder non va bene:
– Energia trasversa mancante (MEt) e totale (SEt) calcolate con quantità di L1
• Turn-on molto lento  perdite di efficienza
• Saturazione torri a 8 bit  perdite di efficienza
– L’algoritmo PACMAN non funziona più
• Topologie multi-jet indistinguibili, jet non più oggetti definiti, risoluzione energetica pessima
– Si possono aumentare le soglie delle torri in avanti, ma si perde comunque in efficienza
– La cattiva definizione dei jets porta a crescite incontrollate con L
– 8 bit dei 10 disponibili
• Perdite di risoluzione
– La sezione d’urto dei triggers cresce con il quadrato di L
Jet 40 xs (nb) vs L
Un “macrojet “!
Il nuovo schema
L’output del L1 viene spedito a 10 bit
attraverso 20 nuove PULSAR alla CPU
di L2
– Nuovo algoritmo
• Più simile al “fixed cone” usato offline
– Elimina effetti da “ring of fire”
• Migliore risoluzione energetica
– Turn-ons più rapidi
• Migliore identificazione dei jets
– Beneficio per multi-jet triggers
• Dijet mass triggers ?
• Migliore MEt @ L2!
 Fondamentale miglioramento per
alcuni importanti canali di scoperta
(ZHnnbb) e per ridurre i problemi di
rate a alta luminosità
Hardware ready, fine installazione e
run in parasitic mode continuato in un
mese (verifica rates), commissioning
entro lo shutdown dell’estate.
Altri sviluppi del trigger
B-tagging @ Level-2:
Progetto per utilizzare al meglio l’output del nuovo L2CAL
(jets ricostruiti con algoritmo a cono) e di XFT 3-D per
identificare b-jets sfruttando la correlazione fra
parametro d’impatto e angolo azimutale
migliore efficienza su Hbb (SM e MSSM), ZHnnbb,
Zbb
Gigafitter: un progetto generale di hardware track fitting
che applicato a CDF permette maggiore velocità ed
efficienza di SVT, fits più precisi, possibilità di triggering
su tracce a maggiore rapidità e minor impulso
–
–
–
Basato su schede PULSAR e mezzanine cards, FPGA
500MHz clock, fits in parallelo che sfruttano meglio la
memoria e accettano maggiori AM
Possibilità di aggiungere patterns per barrel-crossers, multipli
fits togliendo layers, parametri d’impatto fino a 3mm
Computing
I dati raccolti da CDF sono accessibili
per analisi con breve iato (2 mesi),
si sta lavorando a ridurlo
– 2/fb disponibili alle analisi che
puntano a presentare nuovi risultati
nell’estate 2007
Finora raccolti da CDF 2/fb  4E9 eventi
A FNAL:
– Processing dei dati (anche usate per le
ntuple dei physics groups)
– CAF per analisi (730 kSi2K nel 2007)
– 50 TB per ntuple, altro spazio in arrivo
(anche dedicato agli utenti)
CNAF: 20% dedicato a CDF.
–
–
–
–
–
MC production ma non solo
B-Physics ntuples
High-Pt in corso di trasferimento
43 TB usati, 32 liberi
3000 kSI2K, 900 a alta priorità di CDF
Computing II
Nei prossimi anni si prevede la necessità di grandi
risorse di CPU  uso GRID
Accesso a GRID per produzione MC: NaMCAF, LcgCAF.
LcgCAF: stesso metodo d’uso della CAF, con una messa
a punto degli strumenti necessari
- CDF code Parrot
- run condition DB  Frontier (svil. CDF)
- job monitor (custom)
Usata intensamente 01/07, altre produzioni massicce
previste a breve
Usata anche per altre CPU-intensive tasks
Contributo visibile a GRID, ampio uso delle risorse (15%),
contributo al debugging degli strumenti
FARMS
GRID ACCESS
Picchi di 2.5k job segments
(produzioni MC per winter 07)
Remote CO Shifts
•
Pisa (resp. F.Scuri) ha costituito nella
propria sede una “remote control room” per
il monitoring della presa dati, sviluppando
software per permettere shift remoti
– Running dei “consumers” per il controllo
della qualità dati e il corretto funzionamento
del detector: detector occupancies, trigger
rates, luminosity, vertex position, physics
objects, L3 reconstruction, calibration
results
– Grande successo del progetto, pienamente
operazionale
– Altre istituzioni stanno seguendo l’esempio
di Pisa
•
In una fase di running continuato gli shift
remoti aiutano molto l’esperimento
 missioni a FNAL ottimizzate per presenze
qualificate (upgrade, analisi, …)
evitano turni notturni a FNAL, sempre difficili
da assegnare
collaboratori stranieri hanno usufruito del
servizio!
RISULTATI DI FISICA
Ricerche del bosone di Higgs
•
Al Tevatron le segnature più significative sono tre:
–
–
–
•
Altri canali possono contribuire solo marginalmente a un risultato complessivo:
–
•
ppWHlnbb
ppZH llbb (nnbb)
pp H WW
ppWHWWW, ppttH, VBF ppqqH
CDF e D0 hanno poche chances di osservare un segnale inequivoco da soli, ancor
meno in un singolo canale.
 Essenziale è combinare l’informazione di tutti i canali assieme, e i
risultati dei due esperimenti.
Il bosone di Higgs SM è leggero
I fit globali alle misure elettrodeboli hanno spinto il valore preferito per M(h)
sempre più in basso a causa delle misure “alte” per M(W) e basse per M(t).
C’è ormai tensione fra i risultati di questi fit e i limiti di LEP II.
H è certamente leggero - M(h)<144 GeV @ 95% cl, ma se si include il limite
diretto di LEP II si ottiene solo M(h)<182 GeV.
Il valore preferito dai fits è M(h)=76+33-24 GeV.
E’ ormai evidente
che la conferma
del modello
standard è
legata a un
bosone di Higgs
inferiore a
200 GeV
Previsioni pre-Run II
Prima di discutere i risultati fin qui
ottenuti dalle ricerche del bosone di
Higgs SM, diamo un’occhiata a quanto
si era previsto nel 1999 e 2003.
– Varie assunzioni:
•
•
•
•
•
•
risoluzione10% su massa dijet
7/fb
B-tagging ad alta rapidità
Copertura angolare massima per leptoni
Combinazione dei risultati di CDF e D0
Zero sistematiche (nel 2003)
Significato delle curve: “nel 50% dei
casi, il Tevatron esclude al 95% il range
di massa [x,y] con L raccolta per
esperimento pari a…”; “ottiene evidenza
a 3-sigma…”; “osserva con significanza
di 5-sigma…”
– I risultati dell’HSWG (FNAL/PUB/03320/E) hanno confermato le previsioni
del workshop precedente (SUSYHIGGS 2000, hep-ex/0010338)
Con le analisi da poco completate per
1/fb da CDF e D0, siamo oggi in grado
di verificare a grandi linee le previsioni
di allora (lo vedremo poi)
115
Alcuni fondamentali ingredienti
•
Leptoni
– L’identificazione di leptoni ad alto Pt in un
range il più esteso possibile è un fattore
cruciale sia a bassa che ad alta M(h)
•
B-tagging
– Fondamentale strumento per ridurre i
backgrounds di QCD ai decadimenti Hbb in
tutti i canali di produzione.
• Molto lavoro recente
• Loose, tight, ultra-tight  più combinazioni
possibili  migliore efficienza e S/N
• Nuovo eccellente algoritmo: Roma tagger
•
Jet energy resolution
•
TRIGGER!
– Se si migliora s(M)/M=12%  10%, ciò
equivale al 20% in più di luminosità integrata
– Fondamentali gli upgrades recenti:
• Per le ricerche di Higgs leggeri, triggerare sul
parametro d’impatto aumenta fortemente
l’efficienza del canale ZH nnbb
• Una migliore Missing Et è un grosso aiuto
CDF Montecarlo
NN b-tagging di Roma
b
c
light
• Un nuovo algoritmo di vertexing fornisce
osservabili addizionali:
–
n. vertici, massa di ciascun vertice etc.
–
tracce non appartenenti a vertici
ricostruiti
–
Soft lepton
• Efficace separazione tra light,c,b jets
• Due vantaggi:
–
Maggiore efficienza per lo stesso livello
di fondo rispetto a SecVtx:
+16% efficienza per Hbb : equivale a +30%
di luminosita’ integrata
–
net gain +16%
Variabile di tagging continua:
SecVtx Loose
Migliora la sensibilita’ (da valutare)
• Primo utilizzo sara’ la misura di
s ( pp  Z  b)
s ( pp  Z  j )
e
s ( pp  Z  c)
s ( pp  Z  j )
Sforzo della collaborazione per qualificare
ed utilizzare questo nuovo strumento
SecVtx Tight
Jet Et Resolution
L’altro fondamentale ingrediente per aumentare
la sensibilità di CDF a un Higgs leggero:
migliorare la risoluzione energetica dei b-jets.
Diversi algoritmi sulla piazza:
H1: uso tracker quando possibile
PFA: separazione di adroni carichi e fotoni con
tracker e calorimetro E.M.
Neural networks
Hyperball algorithm
Risoluzione del 10% sulla massa di coppie di bjets dimostrata nel 2003 (HSWG), e replicata con
simili strumenti nel 2006.
Lo sforzo attuale è di combinare in maniera
ottimizzata i vari algoritmi, e verificarne l’efficacia
sulle risonanze utilizzabili nei dati.
Zbb e l’energia dei b-jets
CDF ha dimostrato l’estraibilità e
l’uso del segnale Zbb nei dati del
Run II:
– Trigger SVT dedicato
– Tagli cinematici stretti, doppio btagging
– Complesso modeling del
background di QCD
• S/N sempre inferiore a 1/15
• Trigger bias difficile da studiare
• Approccio statistico, uso delle
sidebands
– N=5674±448(stat) eventi osservati,
b-JES = 0.974±0.011±0.017
(standard: 1.000±0.040 @Z)
La sfida è ora di utilizzare il segnale
per mettere a punto algoritmi che
perfezionino la misura dell’energia e
la risoluzione
• Ricadute sull’errore sistematico
dominante alla massa del top
• Ricadute sulle ricerche di Higgs
Ricerca di Higgs (1): WHlnbb
Canale “golden” a bassa massa invariante
In realtà presenta notevoli difficoltà dovute alla complessità dell’analisi, che mette alla prova la
nostra capacità di
–
–
–
Identificare b-jets
Ricostruire masse invarianti con alta risoluzione
Prevedere forma e normalizzazione di backgrounds diversi con basse sistematiche
Per questi motivi, i risultati sono meno a ridosso della statistica disponibile, e ancora non
in linea con le aspettative (1999,2003)
–
Il ritardo si va riassorbendo e il divario con le previsioni diminuisce
Ricetta: trigger di leptone ad alto Pt, richiesta di Missing Et e 2 o 3 jets, uno (tight, NN) o due
(loose) b-tags. Likelihood fit con templates di background e segnale.
(2) - ZHllbb
In questo canale è già in uso un metodo di correzione della
massa con reti neurali, che riduce s(M)/M dal 16% al 10%
.
L’uso di una seconda rete neurale bidimensionale
discrimina da Z+jets e top, e incrementa di un fattore 2.5 la
sensibilità rispetto a una semplice analisi dello spettro di
massa invariante.
– 2 loose b-tags oppure 1 tight b-tag
– 1 loose e 1 tight lepton (ee, mm)
Senza ulteriori
miglioramenti,
con 8/fb  SMx5 @120
GeV
Si stanno studiando
metodi per ridurre le
sistematiche e per
aumentare l’accettanza
(3) - ZHnnbb
Grazie al discreto BR di Z in neutrini, questo canale è
promettente se si riesce a migliorare l’efficienza di trigger.
L’analisi corrente (1/fb) usa MEt>50, Et1>35, Et2>25, Nj=2, tight b-tags, e ottimizza la
sensibilità con tagli più duri su Et1>60, MEt>70, MEt/Ht>0.45, DF(j,MET)>0.8.
Due regioni di controllo: QCD (veto su leptoni, DF<0.4), EW (>=1 leptone, DF>0.4).
Nei singoli tags exp. 251±43, visti 268; nei doppi tags exp. 14.8±2.65, visti 16.
Il risultato è un limite a SMx20 al 95%cl., meno stringente di quanto atteso.
Con un trigger migliore e una selezione basata su neural networks si può migliorare sensibilmente i
risultati finora ottenuti.
(4) - HWW
Canale promettente se M(h)>135 GeV, ma dà contributo anche
a masse inferiori
Segnale pulito (due leptoni e Missing Et), cinematica del
decadimento scalare  leptoni a basso DF
Massa totale non ricostruibile  ci si affida al calcolo della
probabilità della cinematica osservata attraverso l’elemento di
matrice del decadimento e un likelihood ratio
Analisi “matura”, notevoli miglioramenti dal 2006
HWW: risultati
Analizzati 1.1/fb, 286.1±23.3 eventi
attesi, 323 osservati (e 3.9 attesi da H
@160 GeV)
– Ma il piccolo eccesso è a bassa
L.ratio (probabile fluttuazione di SM
WW)
– Ottimo accordo in shape a alta LR
Limite alla sezione d’urto: SMx3.2
(@95%CL)
 Anche senza miglioramenti
all’analisi, con 7/fb/exp si esclude la
regione [160,175] GeV
Limite combinato CDF (PRIVATO!)
Da non distribuire, non ancora approvato!
(e le stelline sono mie)
Si nota che a 160 GeV CDF è a 3.2xSM (exp.5)
da solo
A M(h)=115 GeV il limite è 12.2xSM (exp 7.7): le
analisi vedono più eventi delle attese
–
–
–
Fluttuazione che condiziona il risultato non poco
Canali meno sensibili non ancora inseriti
Anche D0 fa peggio del previsto in quella regione
Siamo in linea con le previsioni HSWG ?
Scalando solo con sqrt(L) e assumendo stessi
risultati da D0, facciamo peggio delle attese a
bassa M e quanto atteso a alta M.
La discrepanza per M<150 è dovuta alla grande
complessità di quelle analisi
Nonostante il grande lavoro fatto fino a qui,
c’è ancora molto da migliorare su
–
–
–
–
–
OK!
B-tagging
Risoluzione sulla massa invariante
Accettanza
Riduzione sistematiche
Ottimizzazione triggers
CDF è come il vino… Migliora col tempo!!
x2
x4
X1.7
Ricerca di Higgs MSSM
Per ricerche di higgs neutri nel MSSM ci si basa su dei
“benchmark scenarios” dipendenti solo da MA e tanb
La produzione di h,H,A varia notevolmente al variare dei
due parametri
 plots di esclusione standard nel piano tan(beta) vs MA
Ricerca più recente: f tt 1/fb
Tre segnature diverse:
tm-thad (l+track trigger)
te-thad (l+track trigger)
te-tm (dilepton trigger)
Leptoni isolati, tau adronici (1 o 3 tracce in cono
stretto, isolamento energetico) –
fondo dominante: Ztt
Il limite ottenuto è sensibilmente inferiore alle
attese a causa della fluttuazione osservata nei
canali et,mt
L’eccesso osservato è dell’ordine di 2.1s
Fisica Elettrodebole
•
•
•
•
•
W mass: world’s best, con soli 200/pb!
W width: world’s best, con soli 350/pb!
WZ discovery (6s)
ZZ evidence (3s)
E molto altro (W asymmetry, WW
production, trilinear couplings, …)
Misura di M(W)
•
•
Con 200/pb CDF misura M(W)=80413±48 MeV
Risultato eccellente, ottenuto con un grande
lavoro nell’abbattimento delle maggiori sorgenti
di errore sistematico
Misura diretta di Gw
•
Una misura diretta della larghezza del W può
essere compiuta con eventi fuori mass-shell,
dove gli effetti di risoluzione nella misura di Mw
sono piccoli
•
Con 350/pb (e,m) CDF misura GW=2032±71 MeV
Osservazione di produzione WZ
e evidenza di produzione ZZ
•
Il processo ppWZllln è facilmente separabile dai
pochi fondi elettrodeboli
– Identificati 16 candidati, fondo atteso 2.7±0.4 eventi
– Risulta s(WZ) = 5.0+1.8-1.6 pb (NLO: 3.7±0.3 pb)
•
Il processo ppZZ è ricercato nei canali con 4 leptoni
carichi o con 2 leptoni e energia trasversa mancante
– Fondi dominanti: DY, WW
– Si trova s(ZZ)=0.75+0.71-0.54 pb
•
Altri due successi di CDF!
Fisica del quark top
I campioni di top raccolti da CDF nel
Run II sono sfruttati per misure di
precisione (M,s) e per indagare
molti dettagli del modello standard
con fermioni della 3a famiglia
CDF eccelle soprattutto nelle misure
di massa. Altre misure nuove o
migliorate di recente:
–
–
–
–
–
Misure di sezione d’urto
Ricerca di top singolo
Studio dei processi di produzione
Ricerca di risonanze t-anti t
Più molte altre (carica, spin, Vtb)
Impossibile discutere tutto, discuto
nel seguito solo di
– Massa del top
– Ricerche di single top production
Misure di massa del top
CDF ha investito in queste misure un enorme sforzo,
ottenendo i migliori risultati in ciascuno dei tre canali principali
Sono possibili ulteriori miglioramenti:
–
–
–
–
b-JES ottenuto con Zbb
Nuovi b-taggers
Migliore risoluzione energetica dei jets
Nuove tecniche, nuovi campioni
DM/M<1.1% !!
Le tre analisi più precise:
(1) - Dilepton channel
Il canale “più pulito” raccoglie 78 eventi in 1/fb
(50±2 di top)
Si usa una likelihood globale per evento in
funzione di Mtop usando un integrale sullo spazio
delle fasi pesato con funzioni di trasferimento
(partonejet) e l’elemento di matrice relativo per
la produzione top pairs al LO:
I backgrounds (DY, WW, W+jets) sono trattati allo
stesso modo usando la loro probabilità relativa:
Risultato:
Mtop = 164.5 ± 3.9 (stat.) ± 3.9 (syst.) GeV/c2
(2) – Single-lepton channel
Una likelihood globale che ingloba l’elemento di matrice della
produzione tt e le funzioni di trasferimento partonejet è
usato anche dall’analisi che ottiene la misura più precisa
nel campione l+jets, con 0.94/fb
166 tt candidati con W+3,4 jets (>=1 b-tag) sono selezionati
con tagli standard:
La misura usa la massa della coppia di jets assegnata al
decadimento Wjj per ottenere un vincolo interno all’errore
di scala energetica. Mtop e la sistematica sulla jet energy
scale sono estratte congiuntamente dal prodotto delle
likelihood di singolo evento.
(3) – All-hadronic channel
Anche in questo canale la likelihood combinata
con l’uso di LO matrix elements permette una misura
precisa di Mtop
La selezione richiede 6 jets (Et>15 GeV, |h|<2) e usa
tagli cinematici ormai “standard” su Aplanarità:SEt3,
centralita’ C>0.78, SEt>280 GeV, e un taglio sulla
“top likelihood” L<10 basata sull’elemento di matrice.
I templates di Mtop e di Mjj sono usati in un fit congiunto
a Mtop e alla jet energy scale.
Prospettive per Mtop
Il Goal del Run IIA è già stato
superato con meno di metà della
statistica prevista
grazie all’abbattimento delle
sistematiche legate alla jet
energy scale e all’uso di
metodi avanzati di fitting
CDF con 6/fb andrà sicuramente
al di sotto dell’1%, e CDF+D0
potrebbero raggiungere assieme
un errore totale di 1.0-1.2 GeV.
Da questo numero da solo non si
impara più molto, ma sarà un
eccellente lascito a LHC per la
calibrazione della scala
energetica di CMS e Atlas!
Misure di stt
La precisione delle misure di sezione d’urto di top
ha raggiunto quella teorica ed è ora del 12%
 Non un semplce “turning the crank! Analisi nuove
e metodi di selezione dei dati e stima dei background
sempre più efficienti e precisi contribuiscono in
maniera sensibile ai nuovi risultati:
- Et mancante + jets
- miglioramenti al B-tagging
Ricerca di produzione di top singolo
st = 1.98  0.25 pb
ss = 0.88  0.11 pb
(B.W. Harris et al. Phys. Rev. D 66, 054024 (2002), Z. Sullivan, Phys. Rev. D 70, 114012 (2004))
CDF ricerca la produzione elettrodebole di top dal Run I.
Segnale elusivo: piccolo, e segnatura facile da imitare
Tre analisi diverse: ME, NN, LD,
basate sullo stesso dataset di partenza:
1 isolated high-PT lepton (e,m)
pT > 20 GeV, |he| < 2.0 and |hm| < 1.0
background
549 ± 95
single-top
37.8 ± 5.8
Missing Et > 25 GeV
total prediction
587 ± 95
Njets= 2, ET > 15 GeV, |h| < 2.8,  1 b tag
observation
644
Single top: risultati
• Una analisi (matrix element) osserva un segnale di 2.3s (compatibile
con previsioni) e misura
s (t-chan.) = 2.7 +1.5 -1.3 pb
• Due altre analisi (Neural network, 2-D likelihood discriminant) non
vedono eccessi
• Consistenza dei risultati = 1%
• Il single top verrà osservato da CDF con circa 4/fb
Fisica del B
• Collisioni p-anti p: due enormi vantaggi, un problemino…
 Alta sezione d’urto
 Democrazia nella produzione
 Backgrounds!
• CDF ha sfruttato egregiamente i campioni ad alta statistica raccolti
grazie soprattutto a SVT, producendo molti risultati “world best” e
competitivi. I più recenti e/o stimolanti:
•
•
•
•
•
Osservazione delle Bs oscillations
Scoperta dei barioni Sigma_b
Misure di vite medie (Lambda_b)
Charmless decays
Sezioni d’urto bb
• Programma vastissimo, difficile da riassumere, e tuttora attivo
– Nonostante i triggers siano ora focalizzati all’alto Pt, la maggior parte
dei dati raccolti da CDF viene ancora raccolta nella parte a minore List,
quando i triggers dedicati al B sono pienamente efficienti
– Gli upgrades a XFT e SVT permettono maggiore efficienza nella
raccolta dei campioni per B-physics  in corso di riottimizzazione
Campioni di mesoni Bs
CDF raccoglie grande statistica di Bs sia nei canali
semileptonici che in quelli adronici grazie a SVT
La selezione dei campioni è stata migliorata
dall’uso di reti neurali e PID per la riduzione
dei backgrounds
Sample (L  1fb-1)
Yield
Fully reconstructed
(Bs  Ds (3)p, Ds fp, K*K, 3p)
5600
Partially reconstructed
(Bs  Ds*p, Bs  Dsr missing p0, g)
3100
Semileptonic
(Bs  Ds(*) l nl, l=e,m)
61500
Oscillazioni del Bs
L’analisi per la misura dell’ampiezza
di oscillazione è stata recentemente
migliorata da:
- selezione basata su NN, PID
- aggiunta modi di
decadimento parzialmente
ricostruiti
- migliore combinazione dei
b-taggers
t
P(t; A) B B s
s
1 t
 e (1  A cos( Dms t ))
2t
 Risultato che eccede 5s
[CDF Collaboration; PRL 97, 242003 2006 ]
Scoperta dei barioni Sb
Stati completamente ricostruiti:
Ennesimo successo del trigger
adronico SVT
Misure in accordo con previsioni HQET
B lifetimes
•
•
•
CDF ha misurato la vita media di B° e
B+ in molti diversi stati finali  precisi
risultati in ottimo accordo con le
medie mondiali
Le misure di lifetime di Lb, ottenute da
decadimenti completamente ricostruiti,
sono più precise delle precedenti e in
disaccordo per 3.2s con la loro media
Il rapporto fra vite medie di Lb e B° è
R=1.041±0.057, in accordo marginale
con le previsioni teoriche
Misure di QCD
• Nel terzo millennio la QCD non è più un mistero, ma rimangono da
esplorare i comportamenti “al limite” delle nostre capacità di
indagine – quelli ancora non già inseriti o calibrati a sufficienza nei
modelli:
– Altissima energia (compositeness, tuning PDF)
– Alta molteplicità, distribuzioni differenziali (parton showers, tuning MC)
– Basso x, produzioni esclusive e diffrattive, processi rari
• Tre esempi da risultati recenti (1/fb) o innovativi:
– Dijet mass cross section
– Z+jet: sezione d’urto differenziale in funzione di
– Jet Et
– Molteplicità
– Rapidità
– Exclusive gamma-gamma production (0.54/fb)
• Naturalmente decine di altre analisi sono in corso e in continuo
update – le mie scuse per il materiale non trattato
Dijet mass cross section
•
•
•
•
•
Misura effettuata con 1.13/fb usando l’algoritmo midpoint, R=0.7, |y|<1.0
La sezione d’urto copre 8 ordini di grandezza
Ottimo accordo con NLO pQCD e le CTEQ6.1M (r. & f. scales = <Pt/2>) fra 200 e
1300 GeV di massa invariante
Accuratezza della misura simile all’errore delle PDF
Dati utilizzati anche per ottenere limiti a strongly coupled resonances
Z+jet cross section
•
1.05/fb dati, decadimenti Zee CC/CP (Et>25 GeV, |h|<1.0/2.8)
–
•
•
•
•
Tagli standard sugli elettroni ma NO isolation (per evitare perdite a alto Pt)
Jets ricostruiti con l’algoritmo Midpoint, R=0.7:
Et>30 GeV, |h|<2.1
S/N 10:1 (1 jet), 5:1 (2 jets)
Misure corrette al livello adronico e confrontate con pQCD (incluse
correzioni non perturbative ph)
Ottimo accordo in Pt, rapidità, N(jet) al NLO
Produzione esclusiva gg
•
•
•
•
•
Processo molto interessante da studiare. No underlying event, pulizia “LEP-like” del detector
Solo ISR ha prodotto evidenza di produzione QCD esclusiva (pp) in precedenza
Importante per lo studio della produzione esclusiva di H a LHC, che riveste grande interesse
L=532/pb raccolti da un trigger dedicato (veto BSC 5.4<|h|<5.9)
3 eventi osservati, 0±0.2 attesi, s=0.14+0.14-0.4±0.3pb, attesa s=0.04 pb con grande incertezza
teorica (Durham group).
Hadron-hadron collision ??????
Ricerche di nuova fisica
I dati raccolti permettono di ricercare processi esotici in regioni finora
inesplorate dello spazio dei parametri
CDF sta investigando in maniera sistematica un gran numero di
segnature:
–
–
–
–
High mass searches (Z’, LED, …): risultati pubblici da 11 analisi
Leptoquarks: 7 analisi
SUSY: 16 analisi
Altre (technicolor, signature-based,…): 11 analisi
Nel seguito do solo breve menzione di una recente analisi che dà
risultati suggestivi:
– Ricerca di like-sign dileptons
Like-sign dileptons
•
Ricerca di nuova fisica in 1/fb di dati con due
leptoni di carica eguale
– Sensibile a processi SUSY in 3 leptoni
– Sensibile a produzione di coppie di gluini
•
•
Diversi campioni di controllo, misura di s(Wg),
s(Zg) come cross-check
Due selezioni
– Loose (2 high-Pt leptons, same sign): 33.7±3.5
attesi, 44 osservati
– Tight (aggiunge MEt>15 GeV, Z veto): 7.9±1.0
attesi, 13 osservati
– L’eccesso si situa ad alto Pt del primo leptone
•
Da tenere d’occhio…
Lo stato di CDF in una slide
•
CDF pubblica ora con prontezza i suoi risultati
–
–
–
–
–
2003: 4 articoli
2004: 17 articoli
2005: 44 articoli
2006: 55 articoli
2007: 11 (e altri >50 in review)
 Esperimento in ottima salute, output di altissima qualità ad ampio spettro!
•
“World Best” results:
– Bs mixing observation
– New baryons observation
– Top mass (e altri top physics results)
– WZ discovery, ZZ evidence
– W mass , W width
– Hadronic B decays & B lifetimes
 Comprovata eccellenza
•
La manpower non è così critica come ci si aspettava:
–
–
–
2007: 392FTE, 101 Post-Doc, 147 studenti (+30% rispetto alle previsioni 2005)
2009: previsti 236 FTE / 53 PD / 77 ST
Bastano 100 FTE per operare CDF
 Finché ci sono collisioni ci saranno fisici a raccoglierle e analizzarle al meglio!
CONCLUSIONI
• CDF può diventare l’esperimento più longevo nella storia della fisica
– Progetto <1980, costruito nel 1984, prime collisioni nel 1985, e poi
•
•
•
•
•
Run 0 1988/89
Run 1a 1992-93
Run 1b 1994-95
Run 1c 1996
Run 2 2001-presente
– Una lunghissima lista di successi…
e la volontà di continuarla oltre il 2009!
• Il Tevatron ha concrete chances di scoprire il bosone di Higgs
• Il contributo italiano alle ricerche di H è determinante
• Già raggiunti e superati gli obiettivi ambiziosi del Run II
• Osservazione Bs mixing, Top mass all’1%, World-best W mass
• CDF-Italia è un gruppo forte, coeso, result-oriented che contribuisce
in modo determinante al successo dell’esperimento
– Ed anche una eccellente fucina di nuovi fisici!
– Il supporto di CDF-Italia all’esperimento lo mantiene in ottima salute!
BACKUP SLIDES
L’acceleratore Tevatron nel Run II
BKP - Upgrades del Tevatron
Electron cooling
BKP – Trigger upgrades
Dal 2004 anche in funzione un “uberprescale” che abilita un triggers di
alta xs in tempo reale, quando i
buffers hanno bassa occupanza.
L2 decision crate: riceve input da 7
preprocessori, esegue algoritmi di
ricostruzione e filtering  “global
decision”
– Upgrade: da sei tipi diversi di
custom interface boards e altro
hardware dedicato a una
interfaccia universale “pulsar”,
CERN s-link technology, e farm di
PC linux
• Più facili miglioramenti successivi
con processori più veloci
• Installato alla fine del 2005
BKP: prescales e bandwidth
SVT upgrade
Attivo da settembre 2005
Maggiore velocità di esecuzione con
– nuove memorie associative  miglior pattern recognition
– Nuove PULSAR  track fitting più veloce
7 kHz di bandwidth in più
a luminosità istantanea doppia
L2CAL upgrade: Hardware
• Based largely on existing technology: Pulsar Boards + new
mezzanine card to allow interface with LVDS cable input
• Pulsar (Pulser And Recorder ): general purpose VME board that
interfaces with data via S-Link and LVDS cables ( on mezzanine )
– S-Link (CERN): Simple Link (80Mbits/sec)
• S-Link used to send data from the Pulsar to a PC via a PCI
interface card (filar)
Mezzanine x4
PC
BKP: monitors
Examples of Monitor Display
Occupancy Monitor
• All monitor displays are updated each seconds
• Very useful to promptly detect new dead regions
• Histograms available on web after update requests
NEW! Snapshot pictures (30 s update) available via WEB
Event Display
NN tagger structure
Tracks info
PV info
SecVtx info
JetProb info
SLTm info
Jet info
New Vertexing
Vertices NN
multiple verticies
reconstruction
NeuroBayesTM
TMultiLayerPerceptron
Tracks NN
b-q
c-q
b-c
3 flavour NN
bb-b
5 flavour NN
outputs
cc-c
SM Higgs: Tevatron combination
Higgs raccolti con Missing Et + jet
Altri canali di ricerca di H SM
Due altre ricerche di Higgs SM meritano
menzione, nonostante il loro scarso
impatto in un limite combinato.
Una ricerca di produzione associata
pptthttbb nel canale a leptone singolo
è stata svolta nei primi 320/pb del Run II. Un
leptone, missing Et, 5 jets, e
3 b-tags permettono di arrivare a un fondo
atteso di 0.86 eventi, con
0.024 previsti dal segnale per M(h)=115 GeV, e
un evento osservato.
Il limite ottenuto è SMx168 al 95% Cl.
Un’altra analisi ricerca WHWWW in eventi
con due leptoni di carica eguale, energia
trasversa mancante, e nessun jet. Risultati
ottenuti con 0.2/fb, aggiornamento non ancora
pronto.
Improvements alla ricerca di SM H
BKP - M(t) vs M(W) – MSSM view
ftt :
risultati
Il limite ottenuto è
sensibilmente inferiore
alle attese a causa
della fluttuazione
osservata nei
canali et,mt
L’eccesso osservato
è dell’ordine di 2.1s,
ma D0 non vede
nulla…
Risultati contraddittori?!
Matrix element:
s (t-chan.) = 2.7 +1.5 -1.3 pb
Neural Network:
s (t-chan.) = 0.2 +1.1 -0.2 pb
s (s-chan.) = 0.7 +1.5 -0.7 pb
2-D Likelihood discriminant:
s (t-chan.) = 0.2 +0.9 -0.2 pb
s (s-chan.) = 0.1 +0.7 -0.1 pb
[SM:
s (t-chan.) = 1.98 pb
s (s-chan.) = 0.88 pb]
Consistenza all’1% tra i risultati
Ci si aspetta di osservare a 5s la
produzione di top singolo
con 4/fb di dati
Method
Neural Networks
Matrix
Elements
Likelihood
Function
1D
2D
1D
2D
Expected pvalue
0.5%
 2.6 s
0.4%
 2.6 s
0.6%
 2.5 s
2.5%
 2.0 s
Observed pvalue
54.6%
21.9%
1.0%
58.5%
Miscellanea top physics
W helicity in top decays: risultati
precisi, errore ancora dominato dalla
statistica, con tre analisi.
Top pair prod. mechanism: due
metodi diversi
F(gg)=0.01±0.16±0.07
Risonanze in top-antitop (p.e. Z’
leptofobici):
M(Z’)>725 GeV @95%CL
Top lifetime, top charge, B(Wb),
t’Wq, … vasto programma di studio
con i campioni di top isolati da CDF
Bs mixing - CDF
Systematics
P-value distribution
Systematics
SVX Alignment
0.04
Track Fit Bias
0.05
PV bias from
tagging
0.02
All other syst.
<0.01
TOTAL
p-value = 810-8 > 5 s
Syst. [ps-1]
0.07
Decadimenti adronici charmless
Grazie al two-track-trigger di SVT
migliaia di decadimenti adronici sono
sfruttabili per misure di ACP e
decadimenti rari (BsKp,Lbpp,pK)
Ricerca di decadimenti Bsmm
Previsioni basate sulle analisi
correnti  potrebbero essere
troppo conservative
Nuovo risultato a breve (1.2/fb)
CDF potrà escludere BR vicini a10-8
Ancora lontano da SM, ma molti
modelli SUSY prevedono BR più
alto per questo decadimento
Understanding b xsections
A. Annovi, P. Giromini, F. Happacher, M. J. Kim, C. Paus, F. Ptohos, S. Torre
Puzzles with b xsections @ the Tevatron [PRD73, 014026]
PRD 75, 012010
B+ xsec ±10%
Run II: single b xsec consistent w/ FONLL and among themselves
DRAFT: sbb with pp --> bb --> m+m+X
Fit 2D d0 to extract bbbar component
Consistent w/ NLO & CDF/D0 s(2 bjets)
A( pTm  3GeV, | y m | 0.7, 5  mmm  80GeV) 
s bb  BR(bb  mmX)  1414  137 pb (±10%)
Measure effic. with J/
Fit projection
Miscellanea B physics
•
•
•
•
Bc: massa, vita media,
sezione d’urto
Decadimenti rari dei B
Osservazione di Bs**
Ricerca di Bsmm
Miscellanea esotica
VERY BACKUP SLIDES
BKP - Single top searches
Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences
which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as
background like.
Il trigger di CDF
• Crossing rate 7.5MHz
(396 ns between
collisions )
• Level-1: Synchronous 40stage pipeline
(latency~5.5us)
• Level-2: Asynchronous 2stage pipeline
(latency~20us)
• Level-3: Full detector
readout (PC farms run
reconstruction)
• Mass Storage (< 75 Hz )
40kHz
1kHz
75 Hz
L2CAL Upgrade: hardware
32-bit @ 40 MHz (Slink)
144 cables
from L1
LVDS cables
from L1
Pulsar
x6
SLink
Merger
SLink
Merger
PC
Pulsar
x6
SLink
Merger
144 cables
from L1
Pulsar
x6
9us (132 towers
X2)
SLink
Merger
SLink
Merger
14us
312 towers
Last word arrives
14us after level-1
accept
Clustering
~5-10us
New vertexing algorithm
The most important new feature is a
new vertexing algo that uses all
tracks in a jet to try to find multiple
vertices (primary+all secondaries)
• b-hadrons often produces more
than one distinct vertex
• Jet containing two b-hadrons
have even more
 Tracks are unambiguously assigned to “closest” vertex based
on their 2
 Iterative procedure ends when no more track can be
associated to any vertex
 List of vertices found and associated tracks passed to next
stage of NN (un-vertexed tracks and HF discrimination)
How does it work? - vertices NN
• Train NN to separate true HF
vertices (all tracks from bdecay) from light/fake vertices
• Uses NeuroBayes™ package
to select 5 most significant
variables and train NN
• Every vertex found in a jet
(including primary) passed
through the network
Plots di backup per ZHnnbb
BKP - Single top searches
Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences
which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as
background like.
Bs mixing in a nutshell
Dms @ CDFII – Flavour Tagging
Opposite Side Tagger
Same Side Tagger
• Bs will often be produce with a K
• e, m charge
• Jet charge
• K charge
NN
Fragmentation
•Combine PID & kinematics
Tagger
eD2 (%)
OST NN
1.8 ± 0.1
SST
hadronic
semileptonic
3.7 ± 0.9
4.8 ± 1.2
e = tagging efficiency
N right  N wrong
D  right
N
 N wrong
Combined in the final likelihood
Dms @ CDFII – Proper time
Fully reconstructed ct  m( Bs )
D
decay
Lxy ( Bs )
pT ( Bs )
Semileptonic ct  m( B ) Lxy ( Bs / Ds l ) K
s
Part. reco’ed
pT ( Bs / Ds l )
B
deca
Lxy y
sL  sK 
s (ct ) s p



ct
pT
Lxy  K 
T
xy
Sample
Dms18ps-1
s(ct)>
Fully reconstructed
26mm
Partially reconstructed
29mm
Semileptonic
45mm