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Ambra Gresele INFN – Università di Trento

Attività del gruppo PD-TN nella preparazione delle analisi H  WW e W,Z , all’interno della collaborazione CMS. Ambra Gresele INFN – Università di Trento. Outline. Breve descrizione di LHC e del rivelatore CMS Breve panoramica sulla fisica prevista ad LHC

silvio
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Ambra Gresele INFN – Università di Trento

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Presentation Transcript

  1. Attività del gruppo PD-TN nella preparazione delle analisi HWW e W,Z, all’interno della collaborazione CMS Ambra Gresele INFN – Università di Trento

  2. Outline • Breve descrizione di LHC e del rivelatore CMS • Breve panoramica sulla fisica prevista ad LHC • Misura della sezione d’urto inclusiva W e Z • Fenomenologia del Bosone di Higgs ad LHC • Ricerca del bosone di Higgs nel canale H  WW  ll • Conclusioni

  3. Large Hadron Collider • Large • 27 km di circonferenza • Costruito nel tunnel di LEP • Hadron • Fasci di protoni • Collider Se paragonato a Tevatron • 7volte l’energia nel c.m. • aumento di un fattore 100 della luminosità integrata

  4. Compact Muon Solenoid

  5. Fisica a LHC Gli scopi principali di fisica dei due esperimenti ATLAS e CMS a LHC sono: 1. ricerca del bosone di Higgs da mH= 100 GeV a 1 TeV (limite teorico mH)  se si trova l’Higgs capire se è del Modello Standard o Supersimmetrico  se l’Higgs non si trova cercare alternative (in nuova fisica) 2. nuova fisica  Supersimmetria  LeptoQuark, technicolor, new strong-interaction, nuove famiglie di leptoni, bosoni addizionali, extra-dimensions  ? 3. misure di precisione sulle osservabili elettrodeboli  mW (mW ~ 15 MeV)  mtop (mtop ~ 2 GeV)

  6. Primo anno a LHC From F Gianotti, LHC Physics, La Thuile 2005

  7. calibrazione del detector • stima delle efficienze di ricostruzione, isolamento, triggers • studio accurato di quelli che saranno i contributi dominanti al background nella ricerca dell’Higgs • studi delle incertezze introdotte dai modelli teorici 

  8. Determinare l’efficienza di ricostruzione usando i dati Usando un sample di Z si sviluppa un metodo detto di “tag and probe” che permette di risalire all’efficienza di ricostruzione, di isolamento e del trigger per i muoni nei dati. Nel plot si ha l’andamento dell’efficienza di ricostruzione ottenuta usando il metodo di tag and probe rispetto all’efficienza “vera” cosi` come misurata a livello di puro Monte Carlo

  9. T. Dorigo et al.

  10. Misure delle incertezze legate ai modelli teorici • Testare l’andamento dei diversi generatori Monte Carlo ad ordini superiori al LO che si vogliono introdurre nella maggior parte delle analisi • Stimare le sistematiche introdotte dalle PDF e contemporaneamente aiutare a ridurre le incertezze legate alle medesime PDF

  11. Produzione dell’Higgs ad LHC Il processo di produzione dominante è mediante la fusione di due gluoni. Al crescere della massa dell’Higgs diventa importante anche il meccanismo di produzione via la fusione di due bosoni W o Z

  12. Canali di decadimento e BR H, H , HWW (VBF) , Hbb(solo in produzione associata)molto rilevanti per piccole masse (MH<130 GeV) • HZZ(*)4l , HWW per masse piu’ grandi. Anche se il BR in WW è circa 3 volte superiore di quello in ZZ, lo stato finale ZZ è più facilmente ricostruibile in quanto non si ha la presenza di neutrini (GOLDEN CHANNEL)

  13. Winter 2007 Limiti sulla massa dell’Higgs Dalla ricerca diretta a LEP: MH>114.4GeV Fit elettrodebole: MH<144 GeV al 95% C.L. Unitarieta’: MH < 800 GeV Limiti dalla teoria del Modello Standard (Higgs self-coupling e stabilita’vuoto) 114 GeV < mH < 182 GeV @ 95% C.L.

  14. Direct bounds:Higgs searches @ LEP • No discovery • Direct lower bound at 114.4 GeV Higgsstrahlung – dominant production ALEPH:Candidate vertex: Phys.Lett. B565 (2003) 61-75

  15. H  WW  lnln Topologia degli eventi “segnale”: • 2 leptoni isolati carichi • missing transverse energy • jets presenti nella regione centrale e a basso pT Principali fondi: • coppie WW (irriducibile) • WZlll, ZZll • ttbar

  16. I samples sono stati generati usando Pythia LO e Toprex (+ Pythia) per il sample ttbar (NO pile-up) Gli eventi dei samples Higgs (gg fusion) e WW sono stati re-weighted per accordare le previsioni con i calcoli al NLO e quindi tenendo conto di una miglior stima della sezione d’urto di produzione. Per il re-weighting si è introdotto un k-factor dipendente dal pt dell’Higgs. In futuro si prevede di usare direttamente MC@NLO Monte Carlo Datasets

  17. Strategie di Analisi trigger + skimming Selezionare gli eventi di potenziale interesse riducendo il numero di dati da analizzare Selezionare una coppia di leptoni che soddisfi certi criteri: • |η1| < 2.5, |η2| < 2.5 • pT1 > 10 GeV, pT2 > 20 GeV • q1*q2 < 0 leptons pre-selection Tagliare sulle osservabili cinematiche per ridurre il background: • MET > 30 GeV • m(ll) >= 12 GeV • Njetscentral <= 2 kinematic pre-selection cut based analysis multivariate analysis

  18. Trigger and skimming • I trigger agiscono sui singoli o sulle coppie di e,  skimming: • OR dei trigger paths • almeno 2 leptoni ricostruiti con pT > 10 GeV and pT > 20 GeV HLT efficienze per mH=160GeV

  19. 1. LEPTONI Elettroni  “PixelMatchGsfElectrons” Muoni  “GlobalMuonReconstruction” elettroni/muoni vengono isolati usando info calorimetriche e di tracciatura Ricostruzione degli oggetti fisici • JETTI algoritmo di tipo cono iterativo con ΔR = 0.5, ETtow > 0.5 GeV uncorrected jets resolution • MET somma delle energie delle torri calorimetriche ECAL and HCAL , con correzioni per i muoni

  20. Limiti di esclusione Dalla combinazione dei differenti approcci all’analisi di H  WW  ll, il bosone di Higgs come previsto dallo SM puó essere escluso al 95% C.L. nella regione attorno al valore di 160 GeV della massa della coppia WW risonante considerando una luminosità integrata tra 100 e 150 pb-1 CLs = 5%

  21. Conclusioni • Il bosone di Higgs del Modello Standard puo’ essere osservato ad LHC, dal limite di LEP fino a ~1 TeV • Studi sempre piu’ dettagliati, all’avvicinarsi della presa dati: • MC al NLO, produzione con VBF • Tutti gli studi con simulazione completa (possibilmente con rivelatori as-built, ed il software finale degli esperimenti) • Accettanze dei sistemi di trigger, definizione dei menu di trigger ottimali per i vari canali • Studio dei fondi con i primi dati (gia’ a partire da ~100 pb-1) • Scoperta dell’Higgs con: • ~15 fb-1 combinando i canali • Ma: cruciale sara’ il primo periodo di comprensione dei detector (trigger, calibrazioni, allineamenti, etc…) e dei fondi • Con luminosita’ integrate piu’ alte (>100 fb-1): parametri del profilo dell’Higgs  verifica Higgs-SM

  22. Backup

  23. W (and Z) mass depends on mHiggs Logarithmic loop corrections to masses Also depends on top mass Indirect Higgs bounds: LEP Electroweak data Measurements Prediction as a function of mH http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/

  24. Needle in a haystack… QCD jet productionat high energy Higgs production Need to use signatures with small backgrounds: • Leptons • High-mass resonances • Heavy quarksto avoid being overwhelmed

  25. After discovery of Higgs? • Measure Higgs mass • The remaining unconstrained parameter of the Standard Model • Measure Higgs couplings to fermions and vector bosons • All predicted by Standard Model • Check Higgs mechanism • Couplings very important since there may be more than one Higgs boson • Theories beyond the Standard Model (such as Supersymmetry) predict multiple Higgs bosons. • In such models the couplings would be modified • Do direct searches for further Higgs bosons!

  26. If no Higgs found? • Arguably more exciting than finding Higgs • Look at WW scattering process • Look for whatever is “fixing” the cross-section • E.g. exotic resonances

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