1 / 100

É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab.

Soutenance de thèse. É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab. Interpr é tation dans le cadre de la recherche de particules supersym é triques se d é sint é grant en R-parit é viol é e (couplage ’ 122 ). Auguste Besson. Plan.

horace
Télécharger la présentation

É tude des é v é nements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’exp é rience D0 à Fermilab.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Soutenance de thèse Étude des événements di-leptons + 4 jets dans le Run II de l’expérience D0 à Fermilab. Interprétation dans le cadre de la recherche de particules supersymétriques se désintégrant en R-parité violée (couplage ’122) Auguste Besson

  2. Plan • Le TeVatron et D0 • Mesure de la pureté de l’argon liquide du calorimètre • Supersymétrie et phénoménologie en R-parité violée • Analyse des premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  3. Le détecteur D0 et le TeVatron • Le TeVatron • Améliorations • Performances • Le détecteur D0 • Améliorations • Détecteur central • Calorimètre • Déclenchement • Pureté de l’argon liquide • Supersymétrie et phénoménologie en RPV • Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  4. Le TeVatron p CDF DØ Booster Tevatron • Début Run II : 1er Mars 2001 • Énergie • De 1.8 à 1.96 TeV • Luminosité • Nouvel injecteur : Main injector • Nombre de paquets : 6 x 6 → 36 x 36 • production antiprotons  • Recyclage des antiprotons : Recycler (Run IIb) p p source Main Injector & Recycler Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  5. Le TeVatron Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  6. Run IIa : Luminosité actuelle • Luminosité maximale atteinte • = 3 x 1031 cm-2s-1 • Facteur 3 manquant • ∫L.dt délivrée • ~ 65 pb-1(1er septembre) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  7. Le détecteur DØ • Run I • excellent calorimètre • LAr/U, hermétique, compensation • Run II upgrade • tracking • Détecteur de vertex au silicium • Détecteur de traces à fibres scintillantes • solénoide • 2 Teslas • Pied de gerbe • Détecteur muons • Électronique • Calibration Calo. - Système de déclenchement Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  8. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  9. p p 1.2 m Le détecteur central • Détecteurs de trace: • Détecteur de vertex au silicium • 6 barils de 4 couches • 12 disques centraux “F” • 4 disques avant “H” Primaires: svertex = 15-30 mm(r-f) Second.: svertex = 40 mm(r-f); 100 mm(r-z) • Détecteur de traces à fibres scintillantes • fibres scintillantes + VLPC • 8 “super couches”; |η| ≤ 1.7 • résolution position ~ 100 µm • Preshower et ICD • Solénoide: 2 T • Détecteur de pied de gerbe • résolution: 1.4 mm/e- de 10 GeV • Détecteur intercryostat • scintillateurs 1.1<||<1.4

  10. p L. Ar. gap 2.3 mm Lecalorimètre y q j • Échantillonnage : Argon liquide • Absorbeur : U/Cu,Acier. • compact et hermétique || < 4.2 (  2o) • Compensation e/  1 • Pureté argon importante < 0.15 ppm • Segmentation fine 5000 tours  x  = 0.1 x 0.1 • Résolution : e: Had.: E/E ~ 45% / √E x Z U absorbeur 3, 4 or 6 mm OH CH FH MH EM EM IH Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  11. Système de déclenchement • Luminosité instantanée : ~ x 50 • Temps de croisement :3.5 µs → 396 ns → 132 ns ? • Section efficace totale : ~ 45 mb • Système de déclenchement : 3 niveaux successifs • Niveau 1 ~ 10 kHz électronique • Niveau 2 ~ 1 kHz Préprocesseurs • Niveau 3 ~ 30 Hz Informatique • Exemple EM_HI N1 : Tour de 15 GeV N3 : candidat e.m. pT > 15 GeV ;  <1.5 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  12. D0 et le TeVatron • Mesure de la pureté de l’argon liquide du calorimètre • La cellule test de mesure de l’argon • (A.T.C.) • Importance de la mesure • Présentation de la cellule • Cryogénie, électronique • Source  • Fonctionnement • Calibration, erreurs • Source  • Résultats des mesures • Mesure du paramètre  • Supersymétrie et phénoménologie en RPV IV. Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  13. Pourquoi mesurer la pureté de l’argon ? • Calorimètre DØ: • Partie active : Argon liquide (LAr) • Gerbe électromagnétique • Ionisation de l’argon liquide • Charge collectée • Coups ADC puis GeV • Pureté de l’Argon liquide • Toute molécule électronégative (O2 ) absorbe les e- et donc diminue le signal. (charge collecté) / (charge idéale) Pollution (ppm) E=10kV/cm, gap=2mm (ATLAS LARG-NO-53) • Nécessite une pureté ~ 0.5 ppm • Mesure précise de la pollution Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  14. Principe: 2 sources radioactives  et  • ALPHA • 5.5 MeV, T = 430 ans • BETA • 3.5 MeV, T = 1 an, • 40 kBq Gap : d = 2.15 mm • Électrodéposition des sources sur une électrode d’acier • inoxydable. • Immersion dans l’Argon liquide (à ~ 90 K). • Ionisation, dérive des charges par un champ • électrique E ajustable. • Distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm. • La charge collectée dépend de la pollution pet de E. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  15. Histoire de l’ATC • Cryostat utilisé au Run I (1992-96) • LAr stocké pendant 5 ans dans un dewar(~ 80 000 litres) • Améliorations du Run II • Nouvelle source  • Nouvelle électronique (préAmplis, Pulsers, etc.) • Programme d’acquisition en LabWindows/CVI • Ajout d’un système de pollution d’O2 pour la calibration • Vérification complète du cryostat (détection de fuite, vannes, etc.) • Calibration du système(2000) • Mesures de la pureté du dewar • Juillet 2000 et octobre 2000 (avant le remplissage des calorimètres) • Mesures des calorimètres • Décembre 2000 etdéc. 2001 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  16. Dispositif de l’ATC Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  17. Échangeur LN2 Cables signaux sources Hautes tensions Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  18. Mesures avec la source  • Particule  : hautement ionisante, Énergie deposé sur ~ 20 m courant constant • Balayage en champ E (~20 valeurs) • Charge collectée = f (E,p) • ~ 50 000 évts / valeur • Signal normalisé : Piedestal Signal Pulser Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  19. Alpha : principes de la mesure • Charge collectée • Recombinaison avec (a,b,c = constantes) • Absorption avec la longueur d’absorption Paramètre  (trapping constant): = 0.142  0.014 cm2.kV-1.ppm Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  20. Alpha: absorption Absorption Absorption E (kV/cm) p (ppm) E (kV/cm) Absorption Expression théorique de l’absorption p (ppm)

  21. Absorption: exemple Fit de Abs(E,p) vs E (argon du dewar): • Noir : fit = 0.37 ppm • bleu : fit - 0.1 ppm • rouge: fit + 0.1ppm Absorption Absorption E (kV/cm) E (kV/cm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  22. Alpha : estimation des erreurs • Erreurs statistiques : • Stat. et ajustement ~  0.07 ppm • Erreurs systématiques : • Haute tension ~ 2 % • Gap entre les electrodes : d = 2.15  0.05 mm • Erreurs sur les paramètres: a = 474  1.4 kV/cm b = 0.143  0.006 cm/kV c = 0.403  0.010 • Trapping constant  = 0.142  0.014 • Autres systématiques : • Électronique et non linearités des préamp. • Effets de la temperature, etc. Calibration nécessaire Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  23. Calibration (2) Absorption • Calibration • - pollution connue en O2 • Erreurs sur la pollution • - Volume d’argon liquide : • 8-10 litres  5 % • - Volume d’O2 : • 8.3  0.1 cm3 • - Pression d’O2: • 15  0.5 P.S.I. Measured / nominal E (kV/cm) Erreur sur la pollution nominale ~ 10 % Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  24.  : résultats de la calibration Nominale (ppm) Mesuré (ppm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  25. mesure du paramètre  (trapping constant) •  relie: • la longueur d’absorption , • le champ E, • la pollution p: • principale source d’erreur pour les mesures absolues. • Valeur expérimentale: • Nos mesures: Paramètre  (Andrieux et al. NIM A 427, 568 -1999) Nominal Pollution (ppm)  = 0.142  0.014 cm2.ppm/kV moyenne  = 0.141  0.011 cm2.ppm/kV  = 0.138  0.019 cm2.ppm/kV Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  26. Source  • Caractéristiques • spectre continu • particule peu ionisante • La trace traverse le gap • 2e gap utilisé pour un déclenchement en coincidence  diminue le bruit • Pas d’expression théorique • Ajustement empirique avec a, b, c, d, gparamètres du fit. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  27. : paramètres vs pollution A et B donnés par la calibration. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  28. Sensibilité des 2 sources Erreur sur la mesure (ppm) Pollution (ppm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  29. : exemple d’une mesure du N.E.C. Signal / Signal max N.E.C. E (kV/cm) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  30. Récapitulatif des mesures (ppm) Mesures compatibles et stables Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  31. Pureté Argon liquide: conclusion • Erreurs sur les mesures :  Mesures absolues et estimation des erreurs.  Inférieures à  0.15 ppm • Stabilité des mesures sur 1 an. • Pureté excellente pour les 3 calorimètres < 0.5 ppm  Réponse du calorimètre non déteriorée par les impuretés  Permet d’étalonner les cellules internes du calorimètre (3 x 4 sources ) • Mesure du paramètre  (trapping constant) Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  32. D0 et le TeVatron • Pureté de l’argon • Supersymétrie et phénoménologie en RPV • Pourquoi la supersymétrie ? • Supergravité • R-parité • Définition, couplages , ’ et ’’ • Conséquences • Générateurs pour la Susy • Topologies • Spectres de masse et sections efficaces • Processus dominants, rapports de branchements • Simulation rapide et courbes d’exclusion • Premières données Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  33. Pourquoi la Supersymétrie ? • Larges succès du Modèle Standard • Insuffisances du S.M. • nombreux paramètres libres (3 couplages, 4 CKM, 9 masses, 2 secteur Higgs) • Nombre de famille de fermions • Hiérarchie entre les masses des fermions • Brisure symétrie électrofaible • Quid de la Gravitation ? • Corrections radiatives à la masse du Higgs : • Problèmes de hiérarchie • Convergence des constantes de couplage  S.M. = Théorie effective à basse énergie d’une théorie plus fondamentale. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  34. SUSY: une symétrie fermion-boson • Particule Standard  partenaire SUSY • mêmes nombres quantiques • spin différent de ½ • Mêmes masses … mais • Expérimentalementaucune particule SUSY détectée La SUSY est une symétrie brisée. • Modèle Standard Supersymétrique Minimal - Modèle le plus général - > 100 paramètres Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  35. Modèle mSUGRA Modèles plus restrictifs  Supergravité (mSUGRA) =Susy locale + gravitation. 5 paramètres: • m0: masse commune des sfermionsà l’échelle GUT • m1/2 : masse commune des jauginosà l’échelle GUT • tan  : rapport des valeurs moyennes dans le vide des 2 doublets de Higgs • Sign  : signe du paramètre de mélange des Higgsinos • A0 : couplage trilinéaire commun à l’échelle GUT • Équations du Groupe de Renormalisation  masses des particules SUSY. Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  36. Supersymétrie : Nomenclature • Symbole  • Fermion  s-fermion / Boson  suffixe-ino • 2 doublets de Higgs nécessaires • Mélange des jauginos • Particule SUSY la plus légère (LSP) souvent Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  37. R-parité • Potentiel SUSY : • L,Q,D,E = supermultiplets (particule standard + superpartenaire) • i,j,k = 1,2,3(indices sur les familles)  9 + 27 + 9 = 45 nouveaux couplages de Yukawa • nombres Leptoniques ( and ’) ou Baryoniques (’’) non conservés •  définition R-parité : nombrequantiquediscret multiplicatif • B= Baryon nb, L=nb Lepton, S=spin • Rp= +1  particule SM • Rp= -1  particule SUSY •  R-p conservé  Wrpv nul •  RPV non exclu théoriquement avec Rp = (-1)3B+2S+L Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  38. (-1) (+1) (+1) (-1) (-1) (+1) (+1) (+1) _ q g q _ ~ ~ q q R-parité conservée/violée : conséquences • R-p conservée: • LSP stable et candidat à la matière sombre • Particules susy produites par paires • R-p non conservée: violation des nombres B ou L • Désintégration de la LSP • À l’intérieur du détecteur (avec ou sans vertex déplacé) • En dehors du détecteur (~ analyses Rp conservé) • Signature Susy différente • Peu Etmiss • Plus de leptons ( or ’)et de jets (’ or ’’) • production simple • via ’ or ’’ @ TeVatron • section efficace  (’ijk)2 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  39. couplage ’122 • 1 scalaire et 2 fermions Désintégration LSP OU Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  40. Susygen: collisionneurs hadroniques • Nouvelle version ppbar • 1er générateur ppbar à inclure la RPV • Désintégrations directes et indirectes • Productions résonantes • Sections efficaces • Pour chaque type de processus • RGE: prog. Suspect. • Modèles:SUGRA, MSSM, GMSB • Options: Mélanges des sfermions, phases, dim.supp. • Interface avec l’environnement D0 • Tests/comparaisons Susygen/Isajet • RGE et spectres de masses • Sections efficaces • Rapports de branchements • Utilisation en simulation rapide Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  41. Spectres de massedes jauginos Susygen (rouge) Isajet (bleu) m0 = 300 GeV tan  = 5  < 0 A0 = 0 Chargino 2 et Neutralino 3 : Désaccord de ~20% Pour m1/2 >400 GeV

  42. Section efficace de production de paires en fonction de m1/2 • SUGRA A0 = 0 m0 = 100 tan  = 5  < 0 ±0 Sections efficaces (pb) ±± squarks Production de paires Charginos/Neutralinos dominante 00 m1/2

  43. Section efficace de production de paires en fonction de m1/2 • mSUGRA tan  = 5;  < 0 tan  = 15;  < 0 A0 = 0 m0 = 300 tan  = 5, 15  < 0 ou > 0 Sections efficaces (pb) tan  = 5;  > 0 tan  = 15;  > 0 Paires dominantes Charginos/Neutralinos dans une large zone de l’espace des paramètres m1/2

  44. squarks Masse et section efficace tan  = 5  < 0 A0 = 0 • Section efficace paires de squarks et/ou gluinos Dépend uniquement de leur masse. Section efficace Squark-squark + Squark-antisquark Squarks dominants

  45. Contraintes LEP • Limites LEP en RPV ’122 • Chargino 1 : m > 103 GeV • Sélectron R : m > 93 GeV • Neutralino 1 : m0 >~ 40 GeV tan  = 5 ;  < 0 ; A0 = 0 m1/2 (GeV) m0 (GeV) RPC: Higgs h mh > 91 GeV (mh-max scenario)

  46. Production de paires + RPV: canal di-electron • Modèle mSUGRA(m0 ; m1/2 ; A0 ; sign  ; tan ); • LSP • Particules susy produites par paires Tous les types de paires produits Cascades de désintégrations: 2 LSP • Couplage dominant ’122 • Désintégration de la LSP dans le détecteur •  ’1jk >~ 10-3 LSP  1 e + 2 jets • LSP particule de Majorana • 2 électrons même signe (L.S.) possible État final : 2 L.S. électrons + 4 jets  Bruit de fond standard très bas Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  47. 122’ : Désintégrations directes et indirectes • Exemple: désintégration directe du Neutralino 2 en RPV Désintégrations RPV des sparticules autres que la LSP négligeables Limite de 122’ Limite de 122’ Rapport de branchement RPV Rapport de branchement RPV Br <3% >0 <0 couplage couplage Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  48. 122’ : valeur minimale • Couplage ’ faible  distance de vol de la LSP non négligeable Valeur minimale accessible du couplage 122’ pour une distance de vol de 1 cm • Limite sur le couplage’122 • Jusqu’à m0 < 500 GeV : vol < 1 cm. • Large région accessible jusqu’à • Production simple: tan  = 5  < 0 A0 = 0 ’122 < 0.04 ’122 >~ 5.10-3 ’122 >~ 5.10-4 Lignes de niveau de 122’ pour une distance de vol de 1 cm ’122 >~ 10-2

  49. Rapport de branchement LSP→e±+2jets • Désintégration LSP e±ou + 2 jets >0 Rapport de branchement e± + 2 jets <0 0 “bino-like” pour  < 0 0 “wino-like” pour  > 0  < 0 → Br(ejj) ~ 50%  > 0 → Br(ejj) ~ 10% Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

  50. En résumé… • Production de ±0 dominante • m1/2 paramètre le plus significatif • Production de squarks favorisée à petit m0 (< 100 GeV), petit tan  (<5) et  < 0 • Production de sleptons négligeable Sauf à grand m1/2 et petit m0 • Section efficace totale supérieure pour • >0 par rapport à  <0 • Cas >0 très défavorable: Br(LSPjj) dominant • Désintégrations directes en RPV négligeables • Couplage ’122 : sensibilité jusqu’à ~10-4 Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.

More Related