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STATO DI CDF E PROSPETTIVE Tommaso Dorigo, INFN-Padova Riunione CSN I - Roma, 15 maggio 2007.

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1 STATO DI CDF E PROSPETTIVE Tommaso Dorigo, INFN-Padova Riunione CSN I - Roma, 15 maggio 2007

2 Outline CDF-Italia: chi siamo –Istituzioni –Contributi –leadership, training Stato dell’acceleratore –Prestazioni attuali –Prospettive Il rivelatore CDF e l’esperimento –CDF –Stato dei trigger upgrades (XFT,SVT,L2 CAL) –Computing, remote monitoring Risultati di CDF con 1/fb e prospettive con 6-7/fb –Ricerche dell’Higgs SM –Misure di precisione di top physics –Fisica del B: oscillazioni, misure, ricerche –Misure di precisione elettrodeboli –Ricerche di nuova fisica (MSSM, SUSY,ED…) –Nuove misure di QCD Riassumendo… Conclusioni

3 CHI SIAMO

4 CDF-Italia Nove gruppi: Bologna, Frascati, Padova, Pavia, Pisa/Siena, Roma, Trento, Trieste, Udine 64 FTE + 22 studenti: –negli ultimi 12 mesi completate 6 tesi di laurea, 4 di dottorato –attualmente 10 laureandi, 12 dottorandi Impatto determinante e riconosciuto in: –Upgrades recenti XFT, SVT, L2CAL –Incarichi di responsabilità Speakers, Statistics, Computing –Day-to-day operations Remote CO shifts (Pisa control room) Monitoring, calibrazioni, trigger –Fisica! Un vasto coinvolgimento in analisi importanti Diversi posti di responsabilità (convenership, godparenting, reviewing)

5 Tesi recenti e in corso Laurea: 6 negli ultimi 12 mesi –Mia Tosi, L.SP. “A new multivariate approach to the b-jet energy measurement at the CDF-II experiment” (Busetto, Dorigo) –Elena Moretti, L.SP. “Applicazione dell'algoritmo rForest alla misura della massa del quark top“ (Busetto, Dorigo) –Diego Perizzolo, L.SP. "Le correzioni dell'energia dei jet nella misura della massa del quark top" (Busetto, Dorigo) –Januscia Duchini, L.TR. "Studio delle prestazioni di un trigger di livello due "SVX +BMU" per la selezione online di muoni ad alto pt a CDF" (Ciocci) –Chiara Ferrazza, L.SP. "Identificazione di quark pesanti in getti adronici in interazioni p-pbar con il rivelatore CDF al Tevatron“ (Dionisi, Jeans) –Lucas Rogondino, L.SP. S.Anna “Online Diagnostic and Monitoring for the Trigger selection at the CDF Experiment” ( Dell’Orso) Dottorato: 4 negli ultimi 12 mesi –Diego Tonelli, "First observation of the Bs->K+K- decay mode, and measurement of the B0 and B0s mesons decay-rates into two-body charmless final states at CDF.“ (Punzi) –Paola Squillacioti, “Measurement of the branching fraction ratio BR(B+ -> antiD0 K+ -> [K+ pi-] K+)/BR(B+ -> antiD0 pi+ -> [K+ pi-] pi+) with the CDF II detector” (Ciocci, Punzi) –Pierluigi Catastini, "Measurement of kinematic properties and fractions of charged particles species produced in association with B mesons using the CDF II detector“ (Ciocci, Punzi) –Giuseppe Salamanna, L.SP. “First observation of $B_{s}$ mixing at the CDF II experiment with a newly developed Opposite Side $b$-flavour tagger using Kaons” (Dionisi, Rescigno) Più quelle in corso: –10 tesi di laurea: Stefano Camarda, Aureliano Rama, Stefano Cuomo, Paola Garosi, Federico Sforza, Marco Trovato, Maria d’Errico, Nicola Pozzobon, Viviana Cavaliere, Chiara Farinelli –12 tesi di dottorato: Manuel Mussini, Fabrizio Margaroli, Simone Pagan Griso, Chiara Ferrazza, Francesco Crescioli, Guido Volpi, Michele Giunta, Paolo Mastrandrea, Gabriele Compostella, Benedetto di Ruzza, Pierluigi Totaro, Michael Morello

6 Incarichi di responsabilità Notevole e riconosciuto impatto: –Leadership di gruppi di fisica e tasks cruciali - responsabilità ufficiali in CDF: Higgs Trigger Task Force co-convener: Luciano Ristori Offline & Computing co-convener: Donatella Lucchesi Mixing analyses coordinator: Franco Bedeschi Speakers Committee chair: Giorgio Chiarelli Statistics Committee: Giovanni Punzi Spokespersons reading group: Giorgio Bellettini B-mixing, lifetimes, CPV subgroup convener: Diego Tonelli B decays and CPV group convener: Sandro de Cecco High-Pt B-tag group convener: Daniel Jeans B-trigger representative: Simone Donati (anche resp. simulazione XFT) Responsabili SVT: Alberto Annovi, Stefano Torre Responsabile L2CAL hardware: Laura Sartori Responsabile Monitoring L2CAL: Giorgio Cortiana Responsabile calibrazione CHA/WHA: Fabio Happacher Responsabili HV system TOF: Sandro de Cecco, Daniele de Pedis, Stefano Giagu Responsabile remote CO shifts: Fabrizio Scuri –Altri incarichi: Godparenting (referee interni) di 22 articoli in via di pubblicazione Internal reviewing di molte altre analisi da approvare E poi c’è la FISICA! –Contributo determinante in molte analisi importanti (Bs Mixing, Higgs…) –Sviluppo di tools avanzati e di uso generale (B tagging, b-JES, forward tracking)

7 TEVATRON E CDF

8 Stato dell’acceleratore L’ultimo anno di presa dati ha visto un’accelerazione nel miglioramento delle prestazioni Records: 43/pb/w, 162/pb/mo, L=2.92E32 –Electron cooling in funzione, e in continuo miglioramento; –Recycler usato di routine per l’iniezione Smooth running –Efficienza di presa dati >80%, perdite contenute: 5% dead time (intenzionale - per massimizzare l’output di fisica) Start/end store (5%), problemi DAQ (5%)

9 Prospettive per il 2009 Il sistema del recycler è nuovo, molti parametri da tunare –“slow learning curve” –Interazione fascio-fascio la maggiore incognita Gli upgrades al sistema di produzione, trasferimento, accumulazione, ricircolo, e raffreddamento degli antiprotoni sono molti – L’effetto cumulativo non si raggiunge in un solo step Il margine per un ulteriore miglioramento è ancora molto ampio Attualmente la luminosità integrata media per settimana è di oltre 32/pb Due ipotesi: B’, D’ B’: NO improvements: 2.5/fb+108x32 = 5.9/fb D’: design slope : 2.5/fb+108x48 = 7.7/fb  Probabili 7/fb per la fine del 2009 D’ B’

10 Il rivelatore CDF Rivelatore magnetico all-purpose L00+SVX+ISL, 7 strati di silicio COT, central tracker |  |<1.1 CEM/PEM: elettroni identificabili fino a |  |<2.0 CMU+CMP+CMX+BMU: camere a mu estese fino a |  |<1.5 Calorimetri em(15%/sqrt(E)), had (80%/sqrt(E) ) SVT: misura online di Pt, , e IP delle tracce con risoluzione di 45  m Il tracker (SVX, COT) sopravviverà senza problemi fino alla fine del 2009 Il trigger richiede costante attenzione  upgrades a XFT,SVT, L2CAL; aumento capacità DAQ

11 Il sistema di Trigger di CDF Il trigger è organizzato in 3 livelli –L1: hardware, sincrono processing in parallelo Pipeline 42 clock cycles deep decisione in 5  s Accept rate max 35 kHz –L2: hardware e software, asincrono In media decisione in 30  s Accept rate max 600 Hz –L3: software Farm di PC Algoritmi offline ottimizzati Accept rate max 100 Hz

12 Trigger upgrades A L1 resa 3-D la ricostruzione di tracce con l’upgrade di XFT  minore rate dei B-triggers a parità di efficienza  per L<140E30 ora più spazio per trigger migliori A L2 una maggiore velocità di decisione permette di aumentare il L1A rate (L2 decision crate, pulsar upgrade)  maggiore efficienza su canali “difficili” Avevamo 2 tabelle di trigger, ora una sola funziona bene anche a 3E32 Il dead time è ora a livello fisiologico (circa 5%) ! Per mantenere vivo il sistema di acquisizione ad alta luminosità sono serviti sostanziali miglioramenti all’hardware di L1 e L2: XFT-3D, SVT, L2CAL

13 Upgrade del trigger L2CAL Ad alta luminosità il vecchio hardware cluster finder non va bene: –Energia trasversa mancante (MEt) e totale (  t) calcolate con quantità di L1 Turn-on molto lento  perdite di efficienza Saturazione torri a 8 bit  perdite di efficienza –L’algoritmo PACMAN non funziona più Topologie multi-jet indistinguibili, jet non più oggetti definiti, risoluzione energetica pessima –Si possono aumentare le soglie delle torri in avanti, ma si perde comunque in efficienza –La cattiva definizione dei jets porta a crescite incontrollate con L –8 bit dei 10 disponibili Perdite di risoluzione –La sezione d’urto dei triggers cresce con il quadrato di L Jet 40 xs (nb) vs L Un “macrojet “!

14 Il nuovo schema L’output del L1 viene spedito a 10 bit attraverso 20 nuove PULSAR alla CPU di L2 –Nuovo algoritmo Più simile al “fixed cone” usato offline –Elimina effetti da “ring of fire” Migliore risoluzione energetica –Turn-ons più rapidi Migliore identificazione dei jets –Beneficio per multi-jet triggers Dijet mass triggers ? Migliore L2!  Fondamentale miglioramento per alcuni importanti canali di scoperta (ZH  bb) e per ridurre i problemi di rate a alta luminosità Hardware ready, fine installazione e run in parasitic mode continuato in un mese (verifica rates), commissioning entro lo shutdown dell’estate.

15 Altri sviluppi del trigger Gigafitter: un progetto generale di hardware track fitting che applicato a CDF permette maggiore velocità ed efficienza di SVT, fits più precisi, possibilità di triggering su tracce a maggiore rapidità e minor impulso –Basato su schede PULSAR e mezzanine cards, FPGA –500MHz clock, fits in parallelo che sfruttano meglio la memoria e accettano maggiori AM –Possibilità di aggiungere patterns per barrel-crossers, multipli fits togliendo layers, parametri d’impatto fino a 3mm Level-2: Progetto per utilizzare al meglio l’output del nuovo L2CAL (jets ricostruiti con algoritmo a cono) e di XFT 3-D per identificare b-jets sfruttando la correlazione fra parametro d’impatto e angolo azimutale  migliore efficienza su H  bb (SM e MSSM), ZH  bb, Z  bb

16 Computing I dati raccolti da CDF sono accessibili per analisi con breve iato (2 mesi), si sta lavorando a ridurlo –2/fb disponibili alle analisi che puntano a presentare nuovi risultati nell’estate 2007 Finora raccolti da CDF 2/fb  4E9 eventi A FNAL: –Processing dei dati (anche usate per le ntuple dei physics groups) –CAF per analisi (730 kSi2K nel 2007) –50 TB per ntuple, altro spazio in arrivo (anche dedicato agli utenti) CNAF: 20% dedicato a CDF. –MC production ma non solo –B-Physics ntuples –High-Pt in corso di trasferimento –43 TB usati, 32 liberi –3000 kSI2K, 900 a alta priorità di CDF

17 Computing II Nei prossimi anni si prevede la necessità di grandi risorse di CPU  uso GRID Accesso a GRID per produzione MC: NaMCAF, LcgCAF. LcgCAF: stesso metodo d’uso della CAF, con una messa a punto degli strumenti necessari - CDF code  Parrot - run condition DB  Frontier (svil. CDF) - job monitor (custom) Usata intensamente 01/07, altre produzioni massicce previste a breve Usata anche per altre CPU-intensive tasks Contributo visibile a GRID, ampio uso delle risorse (15%), contributo al debugging degli strumenti Picchi di 2.5k job segments (produzioni MC per winter 07) GRID ACCESS FARMS

18 Remote CO Shifts Pisa (resp. F.Scuri) ha costituito nella propria sede una “remote control room” per il monitoring della presa dati, sviluppando software per permettere shift remoti –Running dei “consumers” per il controllo della qualità dati e il corretto funzionamento del detector: detector occupancies, trigger rates, luminosity, vertex position, physics objects, L3 reconstruction, calibration results –Grande successo del progetto, pienamente operazionale –Altre istituzioni stanno seguendo l’esempio di Pisa In una fase di running continuato gli shift remoti aiutano molto l’esperimento  missioni a FNAL ottimizzate per presenze qualificate (upgrade, analisi, …)  evitano turni notturni a FNAL, sempre difficili da assegnare  collaboratori stranieri hanno usufruito del servizio!

19 RISULTATI DI FISICA

20 Ricerche del bosone di Higgs Al Tevatron le segnature più significative sono tre: –pp  WH  l bb –pp  ZH  llbb ( bb) –pp  H  WW Altri canali possono contribuire solo marginalmente a un risultato complessivo: –pp  WH  WWW, pp  ttH, VBF pp  qqH CDF e D0 hanno poche chances di osservare un segnale inequivoco da soli, ancor meno in un singolo canale.  Essenziale è combinare l’informazione di tutti i canali assieme, e i risultati dei due esperimenti.

21 Il bosone di Higgs SM è leggero I fit globali alle misure elettrodeboli hanno spinto il valore preferito per M(h) sempre più in basso a causa delle misure “alte” per M(W) e basse per M(t). C’è ormai tensione fra i risultati di questi fit e i limiti di LEP II. H è certamente leggero - M(h)<144 95% cl, ma se si include il limite diretto di LEP II si ottiene solo M(h)<182 GeV. Il valore preferito dai fits è M(h)= GeV. E’ ormai evidente che la conferma del modello standard è legata a un bosone di Higgs inferiore a 200 GeV

22 Previsioni pre-Run II Prima di discutere i risultati fin qui ottenuti dalle ricerche del bosone di Higgs SM, diamo un’occhiata a quanto si era previsto nel 1999 e –Varie assunzioni: risoluzione10% su massa dijet B-tagging ad alta rapidità Copertura angolare massima per leptoni Combinazione dei risultati di CDF e D0 Zero sistematiche (nel 2003) Significato delle curve: “nel 50% dei casi, il Tevatron esclude al 95% il range di massa [x,y] con L raccolta per esperimento pari a…”; “ottiene evidenza a 3-sigma…”; “osserva con significanza di 5-sigma…” –I risultati dell’HSWG (FNAL/PUB/ /E) hanno confermato le previsioni del workshop precedente (SUSY- HIGGS 2000, hep-ex/ ) Con le analisi da poco completate per 1/fb da CDF e D0, siamo oggi in grado di verificare a grandi linee le previsioni di allora (lo vedremo poi) 7/fb 115

23 Alcuni fondamentali ingredienti Leptoni –L’identificazione di leptoni ad alto Pt in un range il più esteso possibile è un fattore cruciale sia a bassa che ad alta M(h) B-tagging –Fondamentale strumento per ridurre i backgrounds di QCD ai decadimenti H  bb in tutti i canali di produzione. Molto lavoro recente Loose, tight, ultra-tight  più combinazioni possibili  migliore efficienza e S/N Nuovo eccellente algoritmo: Roma tagger Jet energy resolution –Se si migliora  (M)/M=12%  10%, ciò equivale al 20% in più di luminosità integrata TRIGGER! –Fondamentali gli upgrades recenti: Per le ricerche di Higgs leggeri, triggerare sul parametro d’impatto aumenta fortemente l’efficienza del canale ZH  bb Una migliore Missing Et è un grosso aiuto

24 CDF Montecarlo b c light NN b-tagging di Roma Un nuovo algoritmo di vertexing fornisce osservabili addizionali: –n. vertici, massa di ciascun vertice etc. –tracce non appartenenti a vertici ricostruiti –Soft lepton Efficace separazione tra light,c,b jets Due vantaggi: –Maggiore efficienza per lo stesso livello di fondo rispetto a SecVtx: +16% efficienza per H  bb : equivale a +30% di luminosita’ integrata –Variabile di tagging continua: Migliora la sensibilita’ (da valutare) Primo utilizzo sara’ la misura di Sforzo della collaborazione per qualificare ed utilizzare questo nuovo strumento SecVtx Tight SecVtx Loose net gain +16%

25 Jet Et Resolution L’altro fondamentale ingrediente per aumentare la sensibilità di CDF a un Higgs leggero: migliorare la risoluzione energetica dei b-jets. Diversi algoritmi sulla piazza: H1: uso tracker quando possibile PFA: separazione di adroni carichi e fotoni con tracker e calorimetro E.M. Neural networks Hyperball algorithm Risoluzione del 10% sulla massa di coppie di b- jets dimostrata nel 2003 (HSWG), e replicata con simili strumenti nel Lo sforzo attuale è di combinare in maniera ottimizzata i vari algoritmi, e verificarne l’efficacia sulle risonanze utilizzabili nei dati.

26 Z  bb e l’energia dei b-jets CDF ha dimostrato l’estraibilità e l’uso del segnale Z  bb nei dati del Run II: –Trigger SVT dedicato –Tagli cinematici stretti, doppio b- tagging –Complesso modeling del background di QCD S/N sempre inferiore a 1/15 Trigger bias difficile da studiare Approccio statistico, uso delle sidebands –N=5674±448(stat) eventi osservati, b-JES = 0.974±0.011±0.017 (standard: La sfida è ora di utilizzare il segnale per mettere a punto algoritmi che perfezionino la misura dell’energia e la risoluzione Ricadute sull’errore sistematico dominante alla massa del top Ricadute sulle ricerche di Higgs

27 Ricerca di Higgs (1): WH  l bb Canale “golden” a bassa massa invariante In realtà presenta notevoli difficoltà dovute alla complessità dell’analisi, che mette alla prova la nostra capacità di –Identificare b-jets –Ricostruire masse invarianti con alta risoluzione –Prevedere forma e normalizzazione di backgrounds diversi con basse sistematiche Per questi motivi, i risultati sono meno a ridosso della statistica disponibile, e ancora non in linea con le aspettative (1999,2003) –Il ritardo si va riassorbendo e il divario con le previsioni diminuisce Ricetta: trigger di leptone ad alto Pt, richiesta di Missing Et e 2 o 3 jets, uno (tight, NN) o due (loose) b-tags. Likelihood fit con templates di background e segnale.

28 (2) - ZH  llbb In questo canale è già in uso un metodo di correzione della massa con reti neurali, che riduce  (M)/M dal 16% al 10%. L’uso di una seconda rete neurale bidimensionale discrimina da Z+jets e top, e incrementa di un fattore 2.5 la sensibilità rispetto a una semplice analisi dello spettro di massa invariante. –2 loose b-tags oppure 1 tight b-tag –1 loose e 1 tight lepton (ee,  ) Senza ulteriori miglioramenti, con 8/fb  GeV Si stanno studiando metodi per ridurre le sistematiche e per aumentare l’accettanza

29 (3) - ZH  bb Grazie al discreto BR di Z in neutrini, questo canale è promettente se si riesce a migliorare l’efficienza di trigger. L’analisi corrente (1/fb) usa MEt>50, Et1>35, Et2>25, Nj=2, tight b-tags, e ottimizza la sensibilità con tagli più duri su Et1>60, MEt>70, MEt/Ht>0.45,  (j,MET)>0.8. Due regioni di controllo: QCD (veto su leptoni,  =1 leptone,  >0.4). Nei singoli tags exp. 251±43, visti 268; nei doppi tags exp. 14.8±2.65, visti 16. Il risultato è un limite a SMx20 al 95%cl., meno stringente di quanto atteso. Con un trigger migliore e una selezione basata su neural networks si può migliorare sensibilmente i risultati finora ottenuti.

30 (4) - H  WW Canale promettente se M(h)>135 GeV, ma dà contributo anche a masse inferiori Segnale pulito (due leptoni e Missing Et), cinematica del decadimento scalare  leptoni a basso  Massa totale non ricostruibile  ci si affida al calcolo della probabilità della cinematica osservata attraverso l’elemento di matrice del decadimento e un likelihood ratio Analisi “matura”, notevoli miglioramenti dal 2006

31 H  WW: risultati Analizzati 1.1/fb, 286.1±23.3 eventi attesi, 323 osservati (e 3.9 attesi da GeV) –Ma il piccolo eccesso è a bassa L.ratio (probabile fluttuazione di SM WW) –Ottimo accordo in shape a alta LR Limite alla sezione d’urto: SMx3.2  Anche senza miglioramenti all’analisi, con 7/fb/exp si esclude la regione [160,175] GeV

32 Da non distribuire, non ancora approvato! (e le stelline sono mie) Si nota che a 160 GeV CDF è a 3.2xSM (exp.5) da solo A M(h)=115 GeV il limite è 12.2xSM (exp 7.7): le analisi vedono più eventi delle attese –Fluttuazione che condiziona il risultato non poco –Canali meno sensibili non ancora inseriti –Anche D0 fa peggio del previsto in quella regione Siamo in linea con le previsioni HSWG ? Scalando solo con sqrt(L) e assumendo stessi risultati da D0, facciamo peggio delle attese a bassa M e quanto atteso a alta M. La discrepanza per M<150 è dovuta alla grande complessità di quelle analisi Nonostante il grande lavoro fatto fino a qui, c’è ancora molto da migliorare su –B-tagging –Risoluzione sulla massa invariante –Accettanza –Riduzione sistematiche –Ottimizzazione triggers CDF è come il vino… Migliora col tempo!! Limite combinato CDF (PRIVATO!) x4 x2 X1.7 OK!

33 Ricerca di Higgs MSSM Per ricerche di higgs neutri nel MSSM ci si basa su dei “benchmark scenarios” dipendenti solo da M A e tan  La produzione di h,H,A varia notevolmente al variare dei due parametri  plots di esclusione standard nel piano tan(beta) vs M A Ricerca più recente:    1/fb  Tre segnature diverse:  -  had (l+track trigger)  e-  had (l+track trigger)  e-  (dilepton trigger) Leptoni isolati, tau adronici (1 o 3 tracce in cono stretto, isolamento energetico) – fondo dominante: Z   Il limite ottenuto è sensibilmente inferiore alle attese a causa della fluttuazione osservata nei canali e  L’eccesso osservato è dell’ordine di 2.1 

34 Fisica Elettrodebole W mass: world’s best, con soli 200/pb! W width: world’s best, con soli 350/pb! WZ discovery (6  ) ZZ evidence (3  ) E molto altro (W asymmetry, WW production, trilinear couplings, …)

35 Misura di M(W) Con 200/pb CDF misura M(W)=80413±48 MeV Risultato eccellente, ottenuto con un grande lavoro nell’abbattimento delle maggiori sorgenti di errore sistematico

36 Misura diretta di  w Una misura diretta della larghezza del W può essere compiuta con eventi fuori mass-shell, dove gli effetti di risoluzione nella misura di Mw sono piccoli Con 350/pb (e,  ) CDF misura  W =2032±71 MeV

37 Osservazione di produzione WZ e evidenza di produzione ZZ Il processo pp  WZ  lll è facilmente separabile dai pochi fondi elettrodeboli –Identificati 16 candidati, fondo atteso 2.7±0.4 eventi –Risulta  (WZ) = pb (NLO: 3.7±0.3 pb) Il processo pp  ZZ è ricercato nei canali con 4 leptoni carichi o con 2 leptoni e energia trasversa mancante –Fondi dominanti: DY, WW –Si trova  (ZZ)= pb Altri due successi di CDF!

38 Fisica del quark top I campioni di top raccolti da CDF nel Run II sono sfruttati per misure di precisione (M,  ) e per indagare molti dettagli del modello standard con fermioni della 3 a famiglia CDF eccelle soprattutto nelle misure di massa. Altre misure nuove o migliorate di recente: –Misure di sezione d’urto –Ricerca di top singolo –Studio dei processi di produzione –Ricerca di risonanze t-anti t –Più molte altre (carica, spin, Vtb) Impossibile discutere tutto, discuto nel seguito solo di –Massa del top –Ricerche di single top production

39 Misure di massa del top CDF ha investito in queste misure un enorme sforzo, ottenendo i migliori risultati in ciascuno dei tre canali principali Sono possibili ulteriori miglioramenti: –b-JES ottenuto con Z  bb –Nuovi b-taggers –Migliore risoluzione energetica dei jets –Nuove tecniche, nuovi campioni  M/M<1.1% !!

40 Le tre analisi più precise: (1) - Dilepton channel Il canale “più pulito” raccoglie 78 eventi in 1/fb (50±2 di top) Si usa una likelihood globale per evento in funzione di M top usando un integrale sullo spazio delle fasi pesato con funzioni di trasferimento (partone  jet) e l’elemento di matrice relativo per la produzione top pairs al LO: I backgrounds (DY, WW, W+jets) sono trattati allo stesso modo usando la loro probabilità relativa: Risultato: M top = ± 3.9 (stat.) ± 3.9 (syst.) GeV/c 2

41 (2) – Single-lepton channel Una likelihood globale che ingloba l’elemento di matrice della produzione tt e le funzioni di trasferimento partone  jet è usato anche dall’analisi che ottiene la misura più precisa nel campione l+jets, con 0.94/fb 166 tt candidati con W+3,4 jets (>=1 b-tag) sono selezionati con tagli standard: La misura usa la massa della coppia di jets assegnata al decadimento W  jj per ottenere un vincolo interno all’errore di scala energetica. M top e la sistematica sulla jet energy scale sono estratte congiuntamente dal prodotto delle likelihood di singolo evento.

42 (3) – All-hadronic channel Anche in questo canale la likelihood combinata con l’uso di LO matrix elements permette una misura precisa di M top La selezione richiede 6 jets (E t >15 GeV, |  |<2) e usa tagli cinematici ormai “standard” su Aplanarità:  E t 3, centralita’ C>0.78,  E t >280 GeV, e un taglio sulla “top likelihood” L<10 basata sull’elemento di matrice. I templates di M top e di M jj sono usati in un fit congiunto a M top e alla jet energy scale.

43 Prospettive per Mtop Il Goal del Run IIA è già stato superato con meno di metà della statistica prevista grazie all’abbattimento delle sistematiche legate alla jet energy scale e all’uso di metodi avanzati di fitting CDF con 6/fb andrà sicuramente al di sotto dell’1%, e CDF+D0 potrebbero raggiungere assieme un errore totale di GeV. Da questo numero da solo non si impara più molto, ma sarà un eccellente lascito a LHC per la calibrazione della scala energetica di CMS e Atlas!

44 Misure di  tt La precisione delle misure di sezione d’urto di top ha raggiunto quella teorica ed è ora del 12%  Non un semplce “turning the crank! Analisi nuove e metodi di selezione dei dati e stima dei background sempre più efficienti e precisi contribuiscono in maniera sensibile ai nuovi risultati: - Et mancante + jets - miglioramenti al B-tagging

45 Ricerca di produzione di top singolo  t = 1.98  0.25 pb  s = 0.88  0.11 pb (B.W. Harris et al. Phys. Rev. D 66, (2002), Z. Sullivan, Phys. Rev. D 70, (2004)) background549 ± 95 single-top37.8 ± 5.8 total prediction587 ± 95 observation644 1 isolated high-P T lepton (e,  ) p T > 20 GeV, |  e | < 2.0 and |   | < 1.0 Missing Et > 25 GeV N jets = 2, E T > 15 GeV, |  | < 2.8,  1 b tag CDF ricerca la produzione elettrodebole di top dal Run I. Segnale elusivo: piccolo, e segnatura facile da imitare Tre analisi diverse: ME, NN, LD, basate sullo stesso dataset di partenza:

46 Single top: risultati Una analisi (matrix element) osserva un segnale di 2.3  (compatibile con previsioni) e misura  (t-chan.) = pb Due altre analisi (Neural network, 2-D likelihood discriminant) non vedono eccessi Consistenza dei risultati = 1% Il single top verrà osservato da CDF con circa 4/fb

47 Fisica del B Collisioni p-anti p: due enormi vantaggi, un problemino… Alta sezione d’urto Democrazia nella produzione  Backgrounds! CDF ha sfruttato egregiamente i campioni ad alta statistica raccolti grazie soprattutto a SVT, producendo molti risultati “world best” e competitivi. I più recenti e/o stimolanti: Osservazione delle Bs oscillations Scoperta dei barioni Sigma_b Misure di vite medie (Lambda_b) Charmless decays Sezioni d’urto bb Programma vastissimo, difficile da riassumere, e tuttora attivo –Nonostante i triggers siano ora focalizzati all’alto Pt, la maggior parte dei dati raccolti da CDF viene ancora raccolta nella parte a minore L ist, quando i triggers dedicati al B sono pienamente efficienti –Gli upgrades a XFT e SVT permettono maggiore efficienza nella raccolta dei campioni per B-physics  in corso di riottimizzazione

48 Campioni di mesoni Bs Sample (L  1fb -1 ) Yield Fully reconstructed (B s  D s (3)  D s , K*K, 3  ) 5600 Partially reconstructed (B s  D s * , B s  D s  missing  0,  ) 3100 Semileptonic (B s  D s (*) l l, l=e,  ) CDF raccoglie grande statistica di Bs sia nei canali semileptonici che in quelli adronici grazie a SVT La selezione dei campioni è stata migliorata dall’uso di reti neurali e PID per la riduzione dei backgrounds

49 Oscillazioni del Bs L’analisi per la misura dell’ampiezza di oscillazione è stata recentemente migliorata da: - selezione basata su NN, PID - aggiunta modi di decadimento parzialmente ricostruiti - migliore combinazione dei b-taggers  Risultato che eccede 5  [CDF Collaboration; PRL 97, ]

50 Scoperta dei barioni  b Stati completamente ricostruiti: Ennesimo successo del trigger adronico SVT Misure in accordo con previsioni HQET

51 B lifetimes CDF ha misurato la vita media di B° e B+ in molti diversi stati finali  precisi risultati in ottimo accordo con le medie mondiali Le misure di lifetime di  b, ottenute da decadimenti completamente ricostruiti, sono più precise delle precedenti e in disaccordo per 3.2  con la loro media Il rapporto fra vite medie di  b e B° è R=1.041±0.057, in accordo marginale con le previsioni teoriche

52 Misure di QCD Nel terzo millennio la QCD non è più un mistero, ma rimangono da esplorare i comportamenti “al limite” delle nostre capacità di indagine – quelli ancora non già inseriti o calibrati a sufficienza nei modelli: –Altissima energia (compositeness, tuning PDF) –Alta molteplicità, distribuzioni differenziali (parton showers, tuning MC) –Basso x, produzioni esclusive e diffrattive, processi rari Tre esempi da risultati recenti (1/fb) o innovativi: –Dijet mass cross section –Z+jet: sezione d’urto differenziale in funzione di –Jet Et –Molteplicità –Rapidità –Exclusive gamma-gamma production (0.54/fb) Naturalmente decine di altre analisi sono in corso e in continuo update – le mie scuse per il materiale non trattato

53 Dijet mass cross section Misura effettuata con 1.13/fb usando l’algoritmo midpoint, R=0.7, |y|<1.0 La sezione d’urto copre 8 ordini di grandezza Ottimo accordo con NLO pQCD e le CTEQ6.1M (r. & f. scales = ) fra 200 e 1300 GeV di massa invariante Accuratezza della misura simile all’errore delle PDF Dati utilizzati anche per ottenere limiti a strongly coupled resonances

54 Z+jet cross section 1.05/fb dati, decadimenti Z  ee CC/CP (Et>25 GeV, |  |<1.0/2.8) –Tagli standard sugli elettroni ma NO isolation (per evitare perdite a alto Pt) Jets ricostruiti con l’algoritmo Midpoint, R=0.7: Et>30 GeV, |  |<2.1 S/N 10:1 (1 jet), 5:1 (2 jets) Misure corrette al livello adronico e confrontate con pQCD (incluse correzioni non perturbative p  h) Ottimo accordo in Pt, rapidità, N(jet) al NLO

55 Produzione esclusiva  Processo molto interessante da studiare. No underlying event, pulizia “LEP-like” del detector Solo ISR ha prodotto evidenza di produzione QCD esclusiva (  ) in precedenza Importante per lo studio della produzione esclusiva di H a LHC, che riveste grande interesse L=532/pb raccolti da un trigger dedicato (veto BSC 5.4<|  |<5.9) 3 eventi osservati, 0±0.2 attesi,  = ±0.3pb, attesa  =0.04 pb con grande incertezza teorica (Durham group). Hadron-hadron collision ??????

56 Ricerche di nuova fisica I dati raccolti permettono di ricercare processi esotici in regioni finora inesplorate dello spazio dei parametri CDF sta investigando in maniera sistematica un gran numero di segnature: –High mass searches (Z’, LED, …): risultati pubblici da 11 analisi –Leptoquarks: 7 analisi –SUSY: 16 analisi –Altre (technicolor, signature-based,…): 11 analisi Nel seguito do solo breve menzione di una recente analisi che dà risultati suggestivi: –Ricerca di like-sign dileptons

57 Like-sign dileptons Ricerca di nuova fisica in 1/fb di dati con due leptoni di carica eguale –Sensibile a processi SUSY in 3 leptoni –Sensibile a produzione di coppie di gluini Diversi campioni di controllo, misura di  (W  ),  (Z  ) come cross-check Due selezioni –Loose (2 high-Pt leptons, same sign): 33.7±3.5 attesi, 44 osservati –Tight (aggiunge MEt>15 GeV, Z veto): 7.9±1.0 attesi, 13 osservati –L’eccesso si situa ad alto Pt del primo leptone Da tenere d’occhio…

58 Lo stato di CDF in una slide CDF pubblica ora con prontezza i suoi risultati –2003: 4 articoli –2004: 17 articoli –2005: 44 articoli –2006: 55 articoli –2007: 11 (e altri >50 in review)  Esperimento in ottima salute, output di altissima qualità ad ampio spettro! “World Best” results: –Bs mixing observation –New baryons observation –Top mass (e altri top physics results) –WZ discovery, ZZ evidence –W mass, W width –Hadronic B decays & B lifetimes  Comprovata eccellenza La manpower non è così critica come ci si aspettava: –2007: 392FTE, 101 Post-Doc, 147 studenti (+30% rispetto alle previsioni 2005) –2009: previsti 236 FTE / 53 PD / 77 ST –Bastano 100 FTE per operare CDF  Finché ci sono collisioni ci saranno fisici a raccoglierle e analizzarle al meglio!

59 CONCLUSIONI CDF può diventare l’esperimento più longevo nella storia della fisica –Progetto <1980, costruito nel 1984, prime collisioni nel 1985, e poi Run /89 Run 1a Run 1b Run 1c 1996 Run presente –Una lunghissima lista di successi… e la volontà di continuarla oltre il 2009! Il Tevatron ha concrete chances di scoprire il bosone di Higgs Il contributo italiano alle ricerche di H è determinante Già raggiunti e superati gli obiettivi ambiziosi del Run II Osservazione Bs mixing, Top mass all’1%, World-best W mass CDF-Italia è un gruppo forte, coeso, result-oriented che contribuisce in modo determinante al successo dell’esperimento –Ed anche una eccellente fucina di nuovi fisici! –Il supporto di CDF-Italia all’esperimento lo mantiene in ottima salute!

60 BACKUP SLIDES

61 L’acceleratore Tevatron nel Run II

62 BKP - Upgrades del Tevatron

63 Electron cooling

64 BKP – Trigger upgrades Dal 2004 anche in funzione un “uber- prescale” che abilita un triggers di alta xs in tempo reale, quando i buffers hanno bassa occupanza. L2 decision crate: riceve input da 7 preprocessori, esegue algoritmi di ricostruzione e filtering  “global decision” –Upgrade: da sei tipi diversi di custom interface boards e altro hardware dedicato a una interfaccia universale “pulsar”, CERN s-link technology, e farm di PC linux Più facili miglioramenti successivi con processori più veloci Installato alla fine del 2005

65 BKP: prescales e bandwidth

66 SVT upgrade Attivo da settembre 2005 Maggiore velocità di esecuzione con –nuove memorie associative  miglior pattern recognition –Nuove PULSAR  track fitting più veloce 7 kHz di bandwidth in più a luminosità istantanea doppia

67 L2CAL upgrade: Hardware Based largely on existing technology: Pulsar Boards + new mezzanine card to allow interface with LVDS cable input Pulsar (Pulser And Recorder ): general purpose VME board that interfaces with data via S-Link and LVDS cables ( on mezzanine ) –S-Link (CERN): Simple Link (80Mbits/sec) S-Link used to send data from the Pulsar to a PC via a PCI interface card (filar) PC Mezzanine x4

68 Examples of Monitor Display Occupancy Monitor Event Display All monitor displays are updated each seconds Very useful to promptly detect new dead regions Histograms available on web after update requests NEW! Snapshot pictures (30 s update) available via WEB BKP: monitors

69 NN tagger structure New Vertexing Tracks info PV info SecVtx info JetProb info SLT  info Vertices NNTracks NN 3 flavour NN 5 flavour NN b-q c-q b-c bb-bcc-c multiple verticies reconstruction NeuroBayes TM TMultiLayerPerceptron outputs Jet info

70 SM Higgs: Tevatron combination

71 Higgs raccolti con Missing Et + jet

72 Altri canali di ricerca di H SM Due altre ricerche di Higgs SM meritano menzione, nonostante il loro scarso impatto in un limite combinato. Una ricerca di produzione associata pp  tth  ttbb nel canale a leptone singolo è stata svolta nei primi 320/pb del Run II. Un leptone, missing Et, 5 jets, e 3 b-tags permettono di arrivare a un fondo atteso di 0.86 eventi, con previsti dal segnale per M(h)=115 GeV, e un evento osservato. Il limite ottenuto è SMx168 al 95% Cl. Un’altra analisi ricerca WH  WWW in eventi con due leptoni di carica eguale, energia trasversa mancante, e nessun jet. Risultati ottenuti con 0.2/fb, aggiornamento non ancora pronto.

73 Improvements alla ricerca di SM H

74 BKP - M(t) vs M(W) – MSSM view

75    risultati Il limite ottenuto è sensibilmente inferiore alle attese a causa della fluttuazione osservata nei canali e ,  L’eccesso osservato è dell’ordine di 2.1 , ma D0 non vede nulla…

76 Risultati contraddittori?! Matrix element:  (t-chan.) = pb Neural Network:  (t-chan.) = pb  (s-chan.) = pb 2-D Likelihood discriminant:  (t-chan.) = pb  (s-chan.) = pb [SM:  (t-chan.) = 1.98 pb  (s-chan.) = 0.88 pb] Consistenza all’1% tra i risultati Ci si aspetta di osservare a 5  la produzione di top singolo con 4/fb di dati MethodNeural NetworksMatrix Elements Likelihood Function 1D2D1D2D Expected p- value 0.5%  2.6  0.4%  2.6  0.6%  2.5  2.5%  2.0  Observed p- value 54.6%21.9%1.0%58.5%

77 Miscellanea top physics W helicity in top decays: risultati precisi, errore ancora dominato dalla statistica, con tre analisi. Top pair prod. mechanism: due metodi diversi F(gg)=0.01±0.16±0.07 Risonanze in top-antitop (p.e. Z’ leptofobici): M(Z’)>725 Top lifetime, top charge, B(Wb), t’  Wq, … vasto programma di studio con i campioni di top isolati da CDF

78 Bs mixing - CDF SystematicsSyst. [ps -1 ] SVX Alignment0.04 Track Fit Bias0.05 PV bias from tagging 0.02 All other syst.<0.01 TOTAL0.07 P-value distribution Systematics p-value = 8  > 5 

79 Decadimenti adronici charmless Grazie al two-track-trigger di SVT migliaia di decadimenti adronici sono sfruttabili per misure di A CP e decadimenti rari (B s  K ,  b  p ,pK)

80 Ricerca di decadimenti B s   Previsioni basate sulle analisi correnti  potrebbero essere troppo conservative Nuovo risultato a breve (1.2/fb) CDF potrà escludere BR vicini a10 -8  Ancora lontano da SM, ma molti modelli SUSY prevedono BR più alto per questo decadimento

81 Understanding b xsections Puzzles with b the Tevatron [PRD73, ] A. Annovi, P. Giromini, F. Happacher, M. J. Kim, C. Paus, F. Ptohos, S. Torre B + xsec ±10%PRD 75, Run II: single b xsec consistent w/ FONLL and among themselves DRAFT:  bb with pp --> bb -->  +  +X Fit 2D d 0 to extract bbbar component Consistent w/ NLO & CDF/D0  (2 bjets) Fit projection (±10%) Measure effic. with J/ 

82 Miscellanea B physics Bc: massa, vita media, sezione d’urto Decadimenti rari dei B Osservazione di Bs** Ricerca di Bs  

83 Miscellanea esotica

84 VERY BACKUP SLIDES

85 BKP - Single top searches Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as background like.

86

87 Il trigger di CDF Crossing rate 7.5MHz (396 ns between collisions ) Level-1: Synchronous 40- stage pipeline (latency~5.5us) Level-2: Asynchronous 2- stage pipeline (latency~20us) Level-3: Full detector readout (PC farms run reconstruction) Mass Storage (< 75 Hz ) 40kHz 1kHz 75 Hz

88

89 L2CAL Upgrade: hardware PC 144 cables from L1 144 cables from L1 LVDS cables from L1 40 MHz (Slink) Pulsar x6 Pulsar x6 Pulsar x6 SLink Merger SLink Merger SLink Merger SLink Merger SLink Merger 9us (132 towers X2) 14us 312 towers Last word arrives 14us after level-1 accept Clustering ~5-10us

90 New vertexing algorithm The most important new feature is a new vertexing algo that uses all tracks in a jet to try to find multiple vertices (primary+all secondaries) b-hadrons often produces more than one distinct vertex Jet containing two b-hadrons have even more  Tracks are unambiguously assigned to “closest” vertex based on their  2  Iterative procedure ends when no more track can be associated to any vertex  List of vertices found and associated tracks passed to next stage of NN (un-vertexed tracks and HF discrimination)

91 How does it work? - vertices NN Train NN to separate true HF vertices (all tracks from b- decay) from light/fake vertices Uses NeuroBayes™ package to select 5 most significant variables and train NN Every vertex found in a jet (including primary) passed through the network

92 Plots di backup per ZH  bb

93 BKP - Single top searches Analyses are correlated (60 – 70%), but there are conceptual differences which allow to retrace why NN/LD classify the highest purity ME events as background like.

94 Bs mixing in a nutshell

95  m CDFII – Flavour Tagging e,  charge Jet charge K charge Opposite Side Tagger Same Side Tagger B s will often be produce with a K Combine PID & kinematics Tagger  D 2 (%) OST NN1.8 ± 0.1 SST hadronic semileptonic 3.7 ± ± 1.2 Combined in the final likelihood NN Fragmentation  = tagging efficiency

96  m CDFII – Proper time D decay B deca y     m s  18ps -1 Sample  (c  )> Fully reconstructed 26  m Partially reconstructed  m Semileptonic 45  m L xy Fully reconstructed Semileptonic Part. reco’ed


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