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Ricerca di particelle supersimmetriche con lapparato CMS al Large Hadron Collider Massimiliano Chiorboli.

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Presentazione sul tema: "Ricerca di particelle supersimmetriche con lapparato CMS al Large Hadron Collider Massimiliano Chiorboli."— Transcript della presentazione:

1 Ricerca di particelle supersimmetriche con lapparato CMS al Large Hadron Collider Massimiliano Chiorboli

2 Seminario di sezione Sommario Necessità di andare oltre il Modello Standard Supersimmetria: introduzione teorica Ricerche passate Supersimmetria e cosmologia Supersimmetria e g-2 del muone Ricerche future: il Large Hadron Collider e CMS

3 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Modello Standard Simmetria SU(3) C SU(2) L U(1) Y, rotta spontaneamente Z e W massivi 3 famiglie di quark e leptoni (neutrini solo left-handed) solo interazioni rinormalizzabili (gauge + yukawa) bosone di Higgs Ma non e una Teoria del Tutto !

4 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Problema gerarchico SM GUT Regolazione fine: Innaturale Teoria efficace: caso di bassa energia di una teoria più estesa

5 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Soluzioni… Si raddoppia il numero di gradi di libertà: FERMIONIBOSONI Nel caso dei fermioni la simmetria chirale protegge le particelle dalla divergenza:

6 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) si mescolano, e nello spettro fisico Fermioni: Fermioni: quark, leptoni s = ½ Bosoni di Gauge: Bosoni di Gauge: W ±, Z 0,,gluoni s = 1 Higgs Higgs s = 0 Sfermioni: Sfermioni: squark, sleptoni s = 0 Gaugini: Gaugini: Wino, Zino, fotino, gluino s = 1/2 Higgsini s = 1/2 R = +1R = -1

7 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Lightest Supersymmetric Particle (LSP) Se R si conserva: sparticelle in coppia sparticella sparticella + particelle LSP stabile La LSP deve interagire solo debolmente Se la LSP avesse carica elettromagnetica o forte, condenserebbe in materia ordinaria, e si mostrerebbe sotto forma di isotopi anomali. Neutralino:

8 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Topologie a R conservata leptoni ad alto p T jet ad alto p T energia trasversa mancante

9 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Supergravita mSUGRA minimal SUper GRAvity Il MSSM dipende da 124 parametri liberi Teoria globaleTeoria locale m 0 m 1/2 A 0 sign tan

10 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricerca di particelle supersimmetriche Diversi esperimenti hanno effettuato ricerche di particelle supersimmetriche: LEP, CDF, D0, HERA... Canale di ricerca topologia selezione degli eventi leptoni p T > p T cut jet p T > p T cut E t miss > (E t miss ) cut eccesso rispetto allo SM Limiti inferiori sulle masseNessuna evidenza

11 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Limiti sulle masse L3: selettrone CDF: sbottom ALEPH: chargino

12 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Limiti sui parametri Teoria LEP1 Chargini Sleptoni Higgs

13 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Nonostante non si sia vista alcuna evidenza...

14 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Motivazioni teoriche Unificazione delle coupling constant...

15 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Motivazioni Teoriche (II) …rottura della simmetria EW SM Introduciamo un campo scalare : MSSM Abbiamo dei campi scalari (squark, sleptoni, higgses…), che hanno massa m 0 a GeV. Runnando le masse fino a scala elettrodebole:

16 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Cosmologia: materia oscura Galassie Sistema Solare Se si ha una LSP stabile, questa potrebbe rappresentare la soluzione al problema della materia oscura per la materia visibile: dalle misure sulle fluttuazioni del fondo a microonde dalla Big-Bang Nucleosynthesis

17 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Cosmologia: materia oscura Si cerca di osservare gli scattering dei neutralini con i nuclei di un rivelatore Il segnale è un effetto di modulazione annua del rate dovuto al moto relativo della Terra rispetto allalone di WIMPs

18 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Evidenze di SUSY da misure di g-2 del

19 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Evidenze di SUSY da misure di g-2 del Esperimento E821 al Brookhaven National Laboratory

20 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Evidenze di SUSY da misure di g-2 del Spiegazione di questa discrepanza: fluttuazione statistica probabilità 0.9% struttura del : non osservata in processi con più energetici (HERA, LEP); extra dimensions (effetti troppo piccoli) correzioni adroniche poco accurate supersimmetria

21 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricerche future: LHC

22 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione CMS

23 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricerca di sparticelle a CMS Simulazioni per studiare le capacità del rivelatore a vedere fenomeni supersimmetrici Regioni dello spazio dei parametri in cui si apprezza leccesso rispetto allo SM (scoperta della supersimmetria); Misurato leccesso, ricostruire i picchi di massa delle superparticelle (ricostruzione dello spettro)

24 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Scoperta della supersimmetria Canale (es. squark-gluino) Conteggio Selezione degli eventi

25 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione

26 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Contorni 5

27 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Previsioni…

28 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricostruzione dello spettro CMS è in grado di scoprire le supersimmetrie entro un ampio range di parametri. Ma è in grado di ricostruire lo spettro? Sparticelle: massa, carica, accoppiamenti… Eccesso rispetto allo SM Fissare un punto dello spazio dei parametri Ricavare informazioni sullo spettro Ricostruire le superparticelle

29 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricostruzione di sparticelle

30 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione g643.3tLtL bLbL 522.5tRtR bRbR qLqL qRqR lLlL ± lRlR ± = LSP 99.6 Proposed Post-LEP Benchmarks for Supersymmetry (hep-ph/ )

31 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Catena di decadimento (26 %) (35 %) (0.2 %) (60 %) p p b b Stato finale dellevento: 2 leptoni isolati OS ad alto p T 2 b-jet ad alto p T missing E t Fondi SM: tt, Z+jet, W+jet, ZZ, WW, ZW 10 fb -1 6 mesi di run

32 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione b-tagging Elettroni calorimetro elettromagnetico Muoni camere per muoni

33 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Decadimento del SUSY p p b b

34 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione SUSY + SM tt Z+jet W+jet

35 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione

36 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Risultato del fit: Valore generato:

37 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione p p b b Assumendo M nota

38 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricostruzione dello sbottom p p b b E t miss > 150 GeV

39 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Risultato del fit: Masse generate:

40 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Decadimento dello sbottom Risultato del fit:

41 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Ricostruzione del gluino p p b b E t miss > 50 GeVE t miss > 100 GeVE t miss > 150 GeV

42 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Result of fit: Generated mass:

43 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Riduzione del fondo

44 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione sbottom gluino

45 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione non dipende da M( 1 0 ) !

46 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Risultato del fit:

47 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Informazioni ottenute Indipendentemente da

48 Massimiliano Chiorboli Seminario di sezione Conclusioni CMS è in grado di coprire quasi interamente lo spazio dei parametri mSUGRA previsti per una scala del TeV Se la supersimmetria è vera, la sua scoperta è altamente probabile CMS, in alcune regioni dello spazio dei parametri è in grado di ricostruire i picchi di massa di alcune superparticelle e di ricavare sperimentalmente informazioni su parte dello spettro Work in progress…


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