Primo studio della sensibilità del
rivelatore CMS al decadimento
proibito t  m+m-m-
Santinelli Roberto - INFN Perugia
Firenze, 26 Novembre 2001
OUTLINE
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
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Il canale t3m
Produzione del leptone tau ad LHC
Studio del segnale
Studio del fondo
Osservabilita’ del segnale
–
–
Analisi a livello di fast simulation
Primi risultati a livello di full reconstruction in ORCA
Il canale t3m



Nello SM non e’ previsto
Susy without R-parity
fornisce una stima del BR accessibile ai
moderni esperimenti
Attuale limite :BR=1.9E-6 (Cleo II)
(verra’ usato questo numero nella analisi)

Segnatura unica del segnale
Produzione prevista di leptoni tau
ad LHC
PYTHIA 6.152 e la funzione CTEQ4L
stot (pp->t+X)=120mb
Mesone(M)
Br(M-> t +X)
Ds
D+
B0
Bs
B+
7.0% 0.2% 2.7% 1.5% 2.7%
s(pp->M-> t +X) /
77%
stot (pp->t+X)
s(ppW t+n)=15nb;
s(ppZ t+t)=32nb
3%
9%
2%
9%
SEGNALE:criteri di selezione

Trigger


Identificazione




3 muoni
Pt> 3GeV
Carica totale ±1 (non implementato)
Topologia



LvL_1(1 mu con Pt > 7 GeV, abs(teta)<0.8)
Vertice secondario comune
Significance Parametro di impatto (non implementato)
Massa

Massa ricostruita dei tre mu =1.777 GeV
FONDO
Principali sorgenti di muoni ad LHC
• Mesoni pesanti (D & B )
• Higghs
• Da interazioni primarie
• Bosoni di Gauge (Z,W)
•
•
•
Dal t
Misidentificazione e/o decadimenti di pioni e kaoni (non
prompts muons)
Raggi cosmici
.
Eventi con 3 muoni da un unico
adrone B(D)
Si richiede la presenza di cascate in cui compaiono
decadimenti rari dei mesoni : f,w,r,h,h’
Globalmente
BR(bb3mu)=9x10^-6
BR(cc3mu)=8x10^-6.
esempio di cascata (usata poi nell’analisi)
Bs m +nm +DsK(o p or)+fm-m+.
Ds m + nm + fm-m+.
Sample generati
Campione
W t
Z t t
B t+X
D t+X
t3m
cc
Dx 3m
bb
Bx 3m
Generato come
Numero
tmnn
5000 eventi per
ogni tipo di tau
source
Sostituendo muoni ai
neutrini
Forzando I decadimenti
rari del mesone phi e
imponendo dei tagli
cinematici di
preselezione ai tre mu.
10000 evs.cc
5000 evs bb
Simulazione & Ricostruzione
1.Fast Simulation




s(pt)/ pt =3%
s(q)=0.001rad
s(f)=0.001rad
s(Ldec)=100mm
2.Full simulation & reconstruction
–
–


cmsim 121
ORCA_4_5_4
Analisi e risultati ultimati con 1.
Risultati preliminari con 2.
Taglio no.1 per la
REIEZIONE DEL FONDO
Massima differenza fra la posizione del vertice ricostruito fra
due tracce muoniche minore di 0.5 mm
Massima differenza della lunghezza di decadimento
Taglio del massimo della differenza
Eventidi
cc decadimento per
delle lunghezze
segnale e fondi
Eventi bb
Segnale
Taglio no.2 per la
REIEZIONE DEL FONDO
Mf=1.020GeV
Minima differenza fra la
massa ricostruita di due
muoni con la massa della
phi minore di 100MeV
Combinatorio delle masse di due muoni
Eventi cc
Trasparenza con il taglio sulla
massa di due mu
(GeV)
Eventi bb
(GeV)
Segnale
(GeV)
Taglio no.3 per la
REIEZIONE DEL FONDO
Massa ricostruita dei tre
mu nell’intervallo della
massa del tau
Massa ricostruita
s=27 MeV
Dopo un anno a bassa luminosita’
con una fast simulation
sample
Segnale
btau dtau
ztau
Fondo
cc
wtau
bb
trigger
77
32
32
21
6400
4320
analisi
45
20
19
13
2299
28
Massa
35
13
18
8
120
5
Totale
Ipotesi 1:BR(t3m)=1.9E-6
74±5
Ipotesi2:solo eventi con phi
125±12
Plot 2
Osservabilita’
•
•
•
•
•
•
S= eventi di segnale attesi in un anno 74±5
B=eventi di fondo complessivo in un anno=125±12
Rapporto S/sqrt(B)=6.8
Dopo un anno di presa dati a bassa luminosita’ si
puo’osservare una scoperta a 5s con un BR 1.4E-6
Dopo 2 anni a bassa luminosita’: 9E-7
1 anno alta luminosita’: 4.5E-7 (no pile up)
Full simulation & reconstruction
Campione
Quantita’
Signal:Wtmmm
1000
Bkg:
cc mmm
bb mmm
1500
700
**Farm appena arrivata a PG (non utilizzata)**
(1/PtL2-1/Ptsim)/ 1/Ptsim
(1/PtL3-1/Ptsim)/ 1/Ptsim
s=18 MeV
Signal
Rejection mass
Main Bkg
Dopo un anno a bassa luminosita’
da una full simulation
Segnale
Wtau
CC
Fondo
BB
Trigger
34
890
730
Analisi
18
166
120
Massa
18
42
<6
Stessa efficienza migliore rejezione
Ipotesi 1:BR(t3m)=1.9E-6
Conclusioni




Primo studio dell’osservabilita’t3m
Studio con fast simulation mostra osservabilita’a
circa 7s dopo un anno a bassa luminosita’
Fondamentale la risoluzione spaziale e
dell’impulso dei muoni
Studio preliminare con full simulation &
reconstraction incoraggiante
Da fare





Studio del fondo non fisico
Studio dettagliato del trigger con il tracciatore
Separazione fondo-segnale con vertice
secondario e parametro di impatto.
Analisi ad alta luminosita’ considerando il pile
up.
Statistica e altri samples di eventi possibili.