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

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1 1 Attività del gruppo PD-TN nella preparazione delle analisi H WW e W,Z, allinterno della collaborazione CMS Ambra Gresele INFN – Università di Trento

2 2 Outline Breve descrizione di LHC e del rivelatore CMS Breve panoramica sulla fisica prevista ad LHC Misura della sezione durto inclusiva W e Z Fenomenologia del Bosone di Higgs ad LHC Ricerca del bosone di Higgs nel canale H WW ll Conclusioni

3 3 L arge H adron C ollider Large –27 km di circonferenza –Costruito nel tunnel di LEP Hadron –Fasci di protoni Collider Se paragonato a Tevatron –7volte lenergia nel c.m. –aumento di un fattore 100 della luminosità integrata Numero di bunchnbnb 2808 Spaziatura bunchΔtΔt25ns Protoni/bunchNbNb EnergiaE7 TeV7.45 TeV lunghezza bunch (rms)σzσz 7.55 cm Beta a IPβ*β*0.55 m0.5 m angolo a IP (rms)θcθc 285 μrad315 μrad Luminosita (max.)L10 34 cm -2 s cm -2 s -1

4 4 C ompact M uon S olenoid

5 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 m H = 100 GeV a 1 TeV (limite teorico m H ) se si trova lHiggs capire se è del Modello Standard o Supersimmetrico se lHiggs 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 m W ( m W ~ 15 MeV) m top ( m top ~ 2 GeV)

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

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

8 8 Determinare lefficienza di ricostruzione usando i dati Usando un sample di Z si sviluppa un metodo detto di tag and probe che permette di risalire allefficienza di ricostruzione, di isolamento e del trigger per i muoni nei dati. Nel plot si ha landamento dellefficienza di ricostruzione ottenuta usando il metodo di tag and probe rispetto allefficienza vera cosi` come misurata a livello di puro Monte Carlo

9 9 T. Dorigo et al.

10 10 Misure delle incertezze legate ai modelli teorici Testare landamento 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 11

12 12 Produzione dellHiggs ad LHC Il processo di produzione dominante è mediante la fusione di due gluoni. Al crescere della massa dellHiggs diventa importante anche il meccanismo di produzione via la fusione di due bosoni W o Z

13 13 Canali di decadimento e BR 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) H, H, H WW (VBF), H bb (solo in produzione associata) molto rilevanti per piccole masse (M H <130 GeV)

14 14 Limiti sulla massa dellHiggs Dalla ricerca diretta a LEP: M H >114.4GeV Fit elettrodebole: M H <144 GeV al 95% C.L. Unitarieta: M H < 800 GeV Limiti dalla teoria del Modello Standard (Higgs self-coupling e stabilitavuoto) Winter GeV < m H < % C.L.

15 15 Direct bounds: Higgs LEP No discovery Direct lower bound at GeV Phys.Lett. B565 (2003) Higgsstrahlung – dominant production ALEPH: Candidate vertex:

16 m H (GeV) σ NLO x BR (H->llνν) (pb) Topologia degli eventi segnale: 2 leptoni isolati carichi missing transverse energy jets presenti nella regione centrale e a basso p T Principali fondi: coppie WW (irriducibile) WZ l ll, ZZ ll ttbar processWWZZWZZ->llttbar σ NLO (pb) H WW l l

17 17 Monte Carlo Datasets 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 durto di produzione. Per il re-weighting si è introdotto un k-factor dipendente dal pt dellHiggs. In futuro si prevede di usare direttamente

18 18 Strategie di Analisi trigger + skimming leptons pre-selection kinematic pre-selection multivariate analysis cut based analysis Selezionare una coppia di leptoni che soddisfi certi criteri: |η 1 | < 2.5, |η 2 | < 2.5 p T 1 > 10 GeV, p T 2 > 20 GeV q 1 *q 2 < 0 Tagliare sulle osservabili cinematiche per ridurre il background: MET > 30 GeV m(ll) >= 12 GeV N jets central <= 2 Selezionare gli eventi di potenziale interesse riducendo il numero di dati da analizzare

19 19 Trigger and skimming HLT pathssingle isolated single relaxed double isolated double relaxed OR electron 81%82% 54%62%87% muon 90%93% ---82%96% I trigger agiscono sui singoli o sulle coppie di e, HLT efficienze per m H =160GeV skimming: OR dei trigger paths almeno 2 leptoni ricostruiti con p T > 10 GeV and p T > 20 GeV ε HLT ε skimming DY->ll0.072 ± *10 -3 ± 1*10 -3 ttbar0.33 ± ± 0.01

20 20 Ricostruzione degli oggetti fisici 2.JETTI algoritmo di tipo cono iterativo con ΔR = 0.5, E T tow > 0.5 GeV uncorrected jets resolution 3.MET somma delle energie delle torri calorimetriche ECAL and HCAL, con correzioni per i muoni 1. LEPTONI Elettroni PixelMatchGsfElectrons Muoni GlobalMuonReconstruction elettroni/muoni vengono isolati usando info calorimetriche e di tracciatura

21 21 Limiti di esclusione CLs = 5% Dalla combinazione dei differenti approcci allanalisi 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

22 22 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, allavvicinarsi 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 dellHiggs 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 dellHiggs verifica Higgs-SM

23 23 Backup

24 24 Indirect Higgs bounds: LEP Electroweak data W (and Z) mass depends on m Higgs –Logarithmic loop corrections to masses –Also depends on top mass W (and Z) mass depends on m Higgs –Logarithmic loop corrections to masses –Also depends on top mass Measurements Prediction as a function of m H

25 25 Needle in a haystack… Higgs production QCD jet production at high energy Need to use signatures with small backgrounds: - Leptons - High-mass resonances - Heavy quarks to avoid being overwhelmed Need to use signatures with small backgrounds: - Leptons - High-mass resonances - Heavy quarks to avoid being overwhelmed

26 26 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!

27 27 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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