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 Vettoricanale ottimale per lo studio dell’ElectroWeak
Higgs visibile come risonanza nello spettro
in assenza dell’Higgs si ha violazione dell’unitarieta’ a ~ 1 TeV
NUOVA FISICA deve apparire!!S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20061
VV → VV
(V = W / Z)2 2
2 2 2
1
H H
s ts t
v s m t m
A (WLWL → WLWL)
Symmetry Breaking Mechanism:
V
V V
V
L’osservabile
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20062
Molti diversi modelli alternativi al meccanismo di Higgs, nessuno vincente
benchmark scenario = previsioni del MS in assenza Higgs
(approccio conservativo)
M(H) = 300 GeVM(H) = 500 GeVM(H) = 700 GeVNo Higgs
Se MH > 2MV, VBF e’ il canale privilegiato di scoperta dell’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
xsec VS M(VV)
La cinematica
3
p
pq
q
V
V
V
V
q tag
q tag
f1
f2
f3
f4
2 quarks ad alta pseudorapidita’ e molto energetici (quarks tag)
2 bosoni centrali ad alto impulso trasverso (VV -> 4 fermioni)
energia:
impulso trasverso
pseudorapidita’: bosoni
quark tag
(risultati partonici dal canale qq->qqqq
fi dai bosoni
quark tag
(normalizzazione arbitraria)
Lo stato finale
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20064
Diversi canali in studio:
qq -> qqVW -> qqqq / eqq -> qqVZ -> qqqq / ee
qq -> qqZW -> qq
qq -> qqWW -> qq
semileptonici
totalmente leptonici
qq -> qqZZ -> qq
semileptonico: qqqq
leptonico: qqleptonico: qq(ZW->ZW senza la risonanza dell’Higgs)
xsec (segnale No Higgs)
M(H) = 500 GeV
158 fb
16.4 fb
1.20 fb
9.52 fb
0.701 fb
(segno opposto) 4.30 fb
(stesso segno)
Le potenzialita’ di CMS
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20065
Le problematiche sperimentali
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20066
Come stiamo affrontando le problematiche sperimentali legate a questo canale
• Simulazione del rivelatore preliminare
A LIVELLO PARTONICO
DOPO LA SIMULAZIONE DEL RIVELATORE ED I TAGLI DI ANALISI
• Analisi non ancora ottimizzate
• Sviluppato un nuovo generatore MC (Phantom*)
elemento di matrice esatto al LO (EW6) per il
segnale (+ fondo irriducibile)
ordine di grandezza affidabile
alcuni risultati preliminari:
*JHEP 07 (2005) 016
I “quarks tag”
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20067
Pseudorapidita’ piccata a +/- 2.5 (= 170 deg)
2tanln
ampia accettanza CMS HCAL (HF ||<5)
• efficienza ~ 65%
• risoluzione sull’ energia ~ 15%
= 0
= 1
= 2
= 3 = 4
richiesti 2 jets con PT> 30 GeV
individuiamo i jets giusti nel 47% dei casi
• purezza
Risultati dopo la ricostruzione dei jets ed i tagli di analisi per i canali semileptonici
V → qq → jets
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20068
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 %
• risoluzione M(V→qq) ~ 25%
• purezzaindividuiamo i jets giusti nel 34 % dei casi
jets dal bosone con PT > 30 GeV
I neutrini Nei canali con stato finale ad un neutrino si puo’ ricostruirne la cinematica:
si utilizzano diverse variabili cinematiche per separare il fondo dal segnale
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20069
• PT ~ Energia Trasversa Mancante
• PZ si calcola imponendo M() = MW
(canale semileptonico: risoluzione ~ 30%)
Nel canale con stato finale a due neutrini (qq) non si puo’ ricostruire la massa invariante dei bosoni vettori e dell’Higgs
muoni
livello partonico
(normalizzazione arbitraria)
(canale semileptonico: risoluzione ~ 40%)
M(H) = 165 GeV
segnale
fondo irriducibile
I leptoni (/e) [1]
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/200610
Trigger su leptoni ad alto PT
livello partonico
PT leading lepton
valori indicativi (tratti dalle tavole di trigger preliminari per bassa luminosita’)
(normalizzazione arbitraria)
No Higgs
PT >14 GeV PT > 29 GeV
MUONI ELETTRONI
Level 1
PT >19 GeV PT > 29 GeV HLT
+ altri trigger (dimuon, MET, jet)
(trigger hardware con scarsa risoluzione)
(trigger software con buona risoluzione)
*
*
qqqql
qqqqll
qqll
qqlll
I leptoni (/e) [2]
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/2006
risoluzione: Z → lep lepZ → ee
Z → 2 %Z → ee 10 %
Z →
stato finale qq
stato finale qqqqee
11
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:
~ 1 ÷ 5 anni ad alta luminosita’
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/2006
• crosscheck fra diverse sistematiche• aumento della statistica disbonibile
interazione fra diversi
gruppi
zzz..
12
Un ringraziamento sentito a tutti i gruppi coinvolti per l’ottima collaborazione !!
TORINO Teorici:Ballestrero, Bevilacqua, Belhouari, Maina
Sperimentali:Amapane, Bellan, Bolognesi, Cerminara, Mariotti, Mila, Petrillo
MILANO Govoni, Tancini
PADOVA Torassa
BRASILE: Sznajder, Buarque Franzosi
I fondi
Per ora ci siamo concentrati sulla ricostruzione del segnale e sul fondo irriducibile
SEGNALE qqVV
FONDI
jjVV
(processo puramente elettrodebole)
jets da processi QCD
V + n jets
tt -> WbWb
fondo irridudicibile (processi EW con stesso stato finale del segnale)~ 3 ×
segnale
~ 102 × segnale
~ 50 × segnale
~ 104 × segnale
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20061 Backup
(n=1,2,3,4)
Higgs @ LHC
S.Bolognesi,
SIF Torino 19/09/20062 Backup
PRODUZIONE
DECADIMENTO
Quarks tag garantisconola reiezione del fondo con buona efficienza