Supersymmetrieam Large Hadron Collider ÖPG-FAKT-Tagung Weyer, 26 Sept. 2004 Claudia-Elisabeth Wulz Institut für Hochenergiephysik, Wien SUSY

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  • Folie 1
  • Supersymmetrieam Large Hadron Collider PG-FAKT-Tagung Weyer, 26 Sept. 2004 Claudia-Elisabeth Wulz Institut fr Hochenergiephysik, Wien SUSY
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz2 bersicht Einfhrung in die Supersymmetrie LHC und die Experimente Suche nach Supersymmetrie Bestimmung von SUSY-Parametern Zusammenfassung
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz3 Das Standardmodell und was kommt danach? Das Standardmodell wurde bis O(100 GeV) eindrucksvoll experimentell besttigt, in manchen Fllen mit einer Przision von 0.1%! Es kann jedoch nur eine beschrnkte Gltigkeit haben, da: - Gravitation nicht inkludiert - keine Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten - Ursprung der dunklen Materie nicht erklrt - keine Lsung des Hierarchieproblems - etc. Energieskala fr Gltigkeit des Standardmodells: < M Planck ~ 10 19 GeV (Gravitationseffekte werden signifikant)
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz4 Stabilitt der Higgsmasse Strahlungskorrekturen: m H 2 -> m H 2 + 2 m H 2 m H ~ 2 Bei Einbettung des Standardmodells in eine Grand Unified Theory (GUT) gilt: ~ O(m GUT ) - O(m Planck ) m H sollte aber O(m Z ) sein -> Korrekturen unnatrlich gro!
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz5 Supersymmetrie Falls SUSY exakte Symmetrie ist, gilt: m m Jedoch wurde bisher kein SUSY-Teilchen gefunden, deshalb mu Symmetrie gebrochen sein: m m ~ ~ Um bei hohen Energien unnatrlich groe Strahlungs- korrekturen zur Higgsmasse zu vermeiden, fordert man zu jedem Fermion des Standardmodells einen supersymmetrischen Boson-Partner und vice versa.
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz6 Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten m GUT ~ 10 16 GeV Die Kopplungskonstanten knnen innerhalb von SUSY vereint werden, nicht jedoch im Standardmodell. Wenn die Masse des SUSY- Partners in der Grenordnung m ~ 1 TeV liegt, dann gilt die GUT- Vereinigung bis zu 10 16 GeV. ~
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz7 Teilchenspektrum im MSSM 1/2 Charginos (j 1,2) j ~ a j W +b j H 2,1 0 Higgsbosonen h 0, H 0, A 0, H 1/2 Neutralinos (k 1,2,3,4) k 0 ~ a k +b k Z+c k H 1 0 +d k H 2 0 1 Eichbosonen, Z, W 1/2 Gluinos g ( 1,,8) 1 Gluonen g ( 1,,8) 0 Sleptonen (l L, L ) l R 1/2 Leptonen (l L, L ) l R 0 Squarks (u L,d L ) u R d R 1/2 Quarks (u L,d L ) u R d R SpinSuperpartnerSpinTeilchen ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz8 mSUGRA-Modell SUSY mu gebrochen sein. Soft SUSY Breaking: Terme in der Lagrangedichte, die keine quadratischen Divergenzen einfhren. Wenn man Gaugino-Massen, skalare Massen, bilineare und trilineare Kopplungen per Higgsmechanismus generieren will, so braucht man zustzliche Felder zu den MSSM-Feldern. Diese neuen Felder gehren zu einem verborgenen Sektor, der die SUSY-Brechung dem sichtbaren Sektor (MSSM) bertrgt. Im mSUGRA-Modell erfolgt die bertragung durch Gravitationswechselwirkungen auf einer Skala von ~ (10 11 GeV) 2 m soft ~ /m Planck MSSM hat 105 Parameter, mSUGRA nur 5 [m 0, m 1/2, A 0, tan, sgn( )] -> experimentell einfach zu studieren! Typischerweise gilt: m( 1 ) ~ m( 2 0 ) ~ 2m( 1 0 ) m(g) > m(q) > m( ) ~~~ ~ ~ ~
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz9 Large Hadron Collider C.-E. Wulz LHC SPS CMS TOTEM ATLAS ALICE
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz10 Schranken von LEP und Tevatron m top = 180 GeV/c 2 m (l, ) > 90-100 GeV LEP II m (q,g) > 250 GeV Tevatron Run I m ( = LSP) > 47 GeV LEP II ~ ~ ~ ~~ Der ausgeschlossene tan - Bereich hngt stark von m top und m h ab.
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz11 SUSY- Suchstrategie Suche nach Abweichungen vom Standardmodell leicht! Messung der SUSY Massenskala M SUSY leicht! Messung der Modellparameter (z.B. Massen, Kopplungen, Breiten, Spins) schwierig!
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz12 SUSY-Kaskaden Supersymmetrische Teilchen knnen spektakulre Signaturen durch Kaskadenzerflle aufweisen, die zu Endzustnden mit Leptonen, Jets und fehlender Energie fhren. ~ ~ Beispiel eines qg Ereignisses: q -> 2 0 q g -> qq 1 0 ~ ~ ~ e ~ ~ ~ ~ ~ 1 q
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz13 Inklusive Suche Beispiel: Beispiel: mSUGRA m 0 = 100 GeV, m 1/2 = 300 GeV tan = 10, A 0 = 0, > 0 Produktion von SUSY-Teilchen am LHC dominiert durch Gluinos und Squarks R = (-1) 2S+3B+L Falls R-Paritt R = (-1) 2S+3B+L erhalten ist, findet man charakteristische Ereignisse durch Kaskadenzerflle: mehrere Jets, Leptonen und fehlende Energie Typische Selektion: N Jet > 4, E T > 100, 50, 50, 50 GeV, E T miss > 100 GeV Effektive Masse M eff = E T miss + E TJet1 + E TJet2 + E TJet3 + E TJet4 SUSY Standardmodell I. Hinchliffe et al., hep-ph/9610544
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz14 SUSY - Massenskala Das Maximum der Massenverteilung von M eff bzw. Der Punkt, an an dem das Signal den Untergrund des Standardmodells zu bertreffen beginnt, liefert eine erste Abschtzung der SUSY-Massenskala, die wie folgt definiert ist: Scatterplot fr verschiedene SUSY- Modelle mit annhernd gleicher Masse des leichten Higgs m 0 =100 GeV m 1/2 =300 GeV tan =2 M SUSY = 663 GeV -o- SUSY-Signal tt W l, Z, QCD jets _ _ _
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz15 Squarks und Gluinos Massenlimits fr q und g fr verschiedene Luminositten, selektiert mit Trigger E T miss + Jets. ~ ~ 1 Jahr bei 10 34 cm -2 s -1 1 Jahr bei 10 33 cm -2 s -1 1 Monat bei 10 33 cm -2 s -1 Die im 1. LHC-Jahr erreichbaren Massenlimits fr Squarks und Gluinos sind mindestens 2 TeV (m 0 < 2 TeV, m 1/2 < 1 TeV) fr alle tan innerhalb von mSUGRA. CMS
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz16 Beispiel: Massenbestimmung mit Hilfe von Dileptonspektren Bestimmung von SUSY - Parametern
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz17 Massenbestimmung von Neutralinos und Sleptonen Trigger: Leptonen, keine Jets, E T miss 1 CMS L. Rurua
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz18 Rekonstruktion von SUSY-Teilchen Endzustand: 2 isolierte e / ( + /-) mit hohem p T 2 (b-) Jets mit hohem E T E T miss ~ ~ bb g pp (26 %) (35 %) (0.2 %) 0 1 ~ ~ (60 %) p p b b l Beispiel: Sbottom-Erzeugung (leichte Squarks analog)
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz19 Massenbestimmung fr leichte Squarks Squarks (Punkt B) CMS 1 fb -1 + sign 0A0A0 10 tan 250 GeVm 1/2 100 GeVm0m0 ~ ~ ~ ~ CMS 1 fb -1 m(u L,c L,d L, s L ) ~ 540 GeV ~ ~ m(g) = 595 GeV m( 1 0 ) = 96 GeV m( 2 0 ) = 175 GeV m(b 1 ) = 496 GeV Annahme: m( 1 0 ) bereits bekannt. p( 2 0 ) aus Leptonen: ~ ~ ~ ~ M( 2 0 q) = (53610) GeV ~ M. Chiorboli
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz20 Massenbestimmung fr Sbottom und Gluinos M( 2 0 b) = (5007) GeV ~ M( 2 0 bb) = (5947) GeV ~ - CMS 10 fb -1 M. Chiorboli
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz21 Zusammenfassung Supersymmetrie ist eine mgliche Erweiterung des Standardmodells. Bei LHC kann Supersymmetrie gefunden werden, falls sie existiert. Bei LHC kann Supersymmetrie gefunden werden, falls sie existiert. Theoretisch sind nur wenige Wochen LHC-Betrieb ntig, Theoretisch sind nur wenige Wochen LHC-Betrieb ntig, um ein Signal zu finden. um ein Signal zu finden. Die Messung vieler SUSY- Parameter ist am LHC mglich. Die Messung vieler SUSY- Parameter ist am LHC mglich. Analysestrategien werden laufend verbessert. Analysestrategien werden laufend verbessert. SUSY
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  • PG, Sep. 2004 C. - E. Wulz22 Konferenz Physics at LHC http://wwwhephy.oeaw.ac.at/phlhc04 Nchste Konferenz: Krakau, Juli 2006 (voraussichtlich)