Il processo di fusione di
bosoni vettori in CMS
Sara Bolognesi
Universita’ di Torino e CMS (CERN)
Congresso SIF, Torino 19 Settembre 2006
Fusione di Bosoni Vettori
VV → VV
canale ottimale per lo studio dell’ElectroWeak
Symmetry Breaking Mechanism:
A (WLWL → WLWL)

1 s
t

 s t
2 
2
2
v  s  mH t  mH

2
 Higgs visibile come risonanza
nello spettro
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S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/2006
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V
V
V
V
(V = W / Z)
 in assenza dell’Higgs si ha violazione
dell’unitarieta’ a ~ 1 TeV
NUOVA FISICA deve apparire!!
L’osservabile
xsec VS M(VV)
M(H) = 300 GeV
M(H) = 500 GeV
M(H) = 700 GeV
No Higgs
 Se MH > 2MV, VBF e’ il canale
privilegiato di scoperta dell’Higgs
 Molti diversi modelli alternativi
al meccanismo di Higgs, nessuno
vincente
(approccio conservativo)
benchmark scenario = previsioni
del MS in assenza Higgs
 Anche in caso di scoperta dell’Higgs a bassa massa, il VBF permettera’
di verificare che il meccanismo dell’EWSB sia quello previsto dal
Modello Standard
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SIF Torino 19/09/2006
La cinematica
q tag
p
p
q
q
V
V
f1
f2
 2 quarks ad alta pseudorapidita’ e
molto energetici (quarks tag)
energia: fi dai bosoni
quark tag
V
f3
V
q tag
pseudorapidita’:
f4
bosoni
quark tag
 2 bosoni centrali ad alto impulso
trasverso (VV -> 4 fermioni)
(normalizzazione
arbitraria)
(risultati partonici dal canale qq->qqqqmn)
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impulso
trasverso
Lo stato finale
Diversi canali in studio:
 semileptonici
xsec (segnale No Higgs)
qq -> qqVW -> qqqqmn / en
158 fb
qq -> qqVZ -> qqqqmm / ee
16.4 fb
 totalmente leptonici
qq -> qqWW -> qqmnmn
9.52 fb
(segno
opposto)
4.30 fb
qq -> qqZW -> qqmmmn
1.20 fb
qq -> qqZZ -> qqmmmm
0.701 fb
(stesso
segno)
semileptonico: qqqqmn
M(H) = 500 GeV
leptonico: qqmmmm
leptonico: qqmmmn
(ZW->ZW senza la
risonanza dell’Higgs)
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Le potenzialita’ di CMS
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Le problematiche sperimentali
Come stiamo affrontando le problematiche sperimentali legate a questo canale
alcuni risultati preliminari:
 A LIVELLO PARTONICO
• Sviluppato un nuovo generatore MC (Phantom*)
elemento di matrice esatto al LO (aEW6) per il
segnale (+ fondo irriducibile)
 DOPO LA SIMULAZIONE DEL RIVELATORE
ED I TAGLI DI ANALISI
• Simulazione del rivelatore preliminare
• Analisi non ancora ottimizzate
ordine di grandezza affidabile
*JHEP 07 (2005) 016
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I “quarks tag”
 Pseudorapidita’ piccata a +/- 2.5 (= 170 deg)
ampia accettanza CMS HCAL
(HF ||<5)
=0


   ln  tan 
2

=1
=2
 Risultati dopo la ricostruzione dei jets ed i
tagli di analisi per i canali semileptonici
=3
=4
• efficienza ~ 65%
richiesti 2 jets con PT> 30 GeV
• purezza
individuiamo i jets giusti nel 47%
dei casi
• risoluzione sull’ energia ~ 15%
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V → qq → jets
Negli stati finali semileptonici si ricostruisce la massa invariante di un
bosone decaduto adronicamente
 parton shower ed adronizzazione dello stato finale (modellistica)
 clusterizzazione dei segnali calorimetrici (simulazione del rivelatore)
• efficienza ~ 57 %
jets dal bosone con PT > 30 GeV
• purezza
individuiamo i jets giusti nel
34 % dei casi
• risoluzione M(V→qq) ~ 25%
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I neutrini
 Nei canali con stato finale ad un neutrino si puo’ ricostruirne la cinematica:
• PT ~ Energia Trasversa Mancante
(canale semileptonico: risoluzione ~ 30%)
• PZ si calcola imponendo M(mn) = MW
 Nel canale con stato finale a
due neutrini (qqmnmn) non si puo’
ricostruire la massa invariante dei
bosoni vettori e dell’Higgs
(canale semileptonico: risoluzione ~ 40%)
Df muoni
segnale
fondo irriducibile
M(H) = 165 GeV
livello partonico
si utilizzano diverse variabili
cinematiche per separare il fondo
dal segnale
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(normalizzazione
arbitraria)
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I leptoni (m/e)
 Trigger su leptoni ad alto PT
PT leading lepton
[1]
MUONI
*
 Level 1 PT >14 GeV
ELETTRONI
PT > 29 GeV
(trigger hardware con scarsa risoluzione)
 HLT
PT >19 GeV
PT > 29 GeV
(trigger software con buona risoluzione)
+ altri trigger (dimuon, MET, jet)
No Higgs
livello partonico
(normalizzazione arbitraria)
qqqqln
qqqqll
qqlnln
qqllln
* valori indicativi (tratti dalle tavole di trigger preliminari per bassa luminosita’)
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I leptoni (m/e)
[2]
Z → ee
 risoluzione: Z → lep lep
Z → ee 10 %
Z → mm 2 %
stato finale
qqqqee
Z → mm
stato finale
qqmmmn
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Conclusioni
 Canale strategico: sonda privilegiata per l’EWSB (con o senza Higgs)
 Cinematica promettente
 Necessaria buona conoscenza di molti sottorivelatori e delle
sistematiche sperimentali coinvolte
combinazione di diversi canali:
• crosscheck fra diverse sistematiche
• aumento della statistica disbonibile
interazione
fra diversi
gruppi
zzz..
~ 1 ÷ 5 anni ad alta luminosita’
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Un ringraziamento sentito a tutti i gruppi coinvolti per l’ottima collaborazione !!
TORINO
Ballestrero, Bevilacqua,
Teorici: Belhouari, Maina
Sperimentali:
Amapane, Bellan, Bolognesi,
Cerminara, Mariotti, Mila, Petrillo
MILANO
Govoni, Tancini
PADOVA
Torassa
BRASILE: Sznajder, Buarque Franzosi
I fondi
 SEGNALE  qqVV
 FONDI
(processo puramente elettrodebole)
 fondo irridudicibile ~ 3 × ssegnale
 jjVV
~ 50 × ssegnale
 tt -> WbWb
~ 102 × ssegnale
 V + n jets
(n=1,2,3,4)
~ 104 × ssegnale
(processi EW con stesso
stato finale del segnale)
jets da processi QCD
Per ora ci siamo concentrati sulla ricostruzione del segnale e sul fondo
irriducibile
1 Backup
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Higgs @ LHC
PRODUZIONE
Quarks tag garantisconola reiezione
del fondo con buona efficienza
DECADIMENTO
2 Backup
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