CDF Multi-Muon Analysis: dietro le scene T.Dorigo Padova CMSPDSW meeting, 10/11/2008.

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1 CDF Multi-Muon Analysis: dietro le scene T.Dorigo Padova CMSPDSW meeting, 10/11/2008

2 Due parole sugli antefatti Gli studi del gruppo di Frascati (Giromini et al.) partono da 12 anni fa nel campione ttbar di CDF (Run I) Isolato un campione W+jj con un numero anomalo di superjets –SecVtX tags con in piu un leptone soft –Previsti 4+-1 eventi, osservati 13 –Cinematica incompatibile con SM sources per più di 5-sigma –Analisi controversa, non a-priori, sotto review per >2 anni –Nel Run II questo eccesso non è più stato osservato. Però… Lanalisi non è ancora del tutto conclusiva.

3 Nel frattempo gli autori cercano conferme al loro tentativo di interpretazione (quark scalare con 100% BR in leptoni) in un campione di leptone inclusivo –Scoprono un eccesso di eventi con due o tre leptoni (e, ) rispetto alle previsioni MC (bbbar, ccbar, fakes) –Leccesso (di natura sistematica) appare in particolare regione cinematica (bassa massa in variante dei leptoni, piccolo angolo) –Questa analisi genera ulteriore controversia, barrage di CDF, review illimitata –Verrà pubblicata nel 2006 dai soli autori di Frascati Una terza analisi cerca stati legati di questi quarks scalari in eventi raccolti da un trigger di 2 muoni –Viene osservato un intrigante picchetto a 7.2 GeV nella distribuzione di massa in variante –La significanza statistica è comunque bassa (circa 2 sigma) –Ennesima controversia, si risolverà solo nel Run II (gli stessi autori mettono un limite che esclude lesistenza di un simile stato legato).

4 Nel Run II… A parte cercare di portare a pubblicazione bit by bit le analisi boicottate da CDF nel Run I, Giromini compie una camminata nel deserto Oltre alleccesso negli inclusive leptons, ci sono due motivazioni per continuare linvestigazione: –La sezione durto bbbar sembra in disaccordo con QCD se si usano dec. semileptonici per misurarla, mentre è in buon accordo se si usano vertici secondari –Il parametro di B mixing integrato X d è misurato ai colliders adronici maggiore della media mondiale Giromini si rimisura la sigma(bb) con molta attenzione –Articolo pubblicato di recente da CDF –Precisa misura con i muoni, in accordo con QCD… Ma cè un trucco! –I muoni sono richiesti possedere un hit nel layer più interno di silici Rimisura anche il X d integrato, dimostrandolo in effetti incompatibile con la media mondiale (effetto di circa 2 sigma) Come detto prima, rifà lanalisi del dimuon bump, mettendo un limite. E intanto produce unanalisi che tiene segreta a CDF…

5 Lanalisi segreta A gennaio 2008 Giromini chiede a una persona di grande esperienza in CDF, convener del B group, di mettere insieme un gruppo di reviewers che controlli la sua analisi segreta in piena discrezione A giugno i reviewers dichiarano che non trovano alcun errore, che riproducono tutte le distribuzioni di Giromini, e che per loro lanalisi va pubblicata Si tratta di uno studio degli eventi raccolti dal trigger di due muoni (CMUP, Pt>3 GeV), che cerca di interpretare delle code anomale nel parametro dimpatto dei muoni una volta tolta la richiesta di avere un hit nel layer più interno del silicio (R=1.5 cm) Lanalisi mostra che le sorgenti SM sono incapaci di spiegare queste code, la loro entità, e la loro shape Gli eventi nelle code hanno 4 volte più muoni addizionali che gli eventi non nelle code Nuova fisica ? Non esistono meccanismi noti nelle ipotesi più in voga di BSM per creare piogge di muoni (anche 4 e più per jet) con L xy di diversi centimetri

6 La review interna CDF viene a conoscenza dellanalisi a giugno 2008, dopo che viene richiesta una procedura speciale per la pubblicazione –il motivo è che lanalisi è scoopable –In più, Giromini ha molti nemici in CDF dal Run I, e sa che ostacolerebbero la sua pubblicazione –A CDF inizia a circolare, in forma protetta, un draft di PRD e uno di PRL –Che gli eventi anomali siano nuova fisica o meno, si forma lopinione in CDF che essi vadano pubblicati, perché rappresentano un caveat per precedenti misure già pubblicate Viene formata una nuova review committee, che non cava un ragno dal buco, però butta molto fumo in giro –molti in CDF ne prendono spunto per dire che vanno fatti studi più approfonditi –Leccesso andrebbe studiato con gli elettroni, ma è un lavoro lungo –Gli spokespersons si rendono conto che Giromini questa volta se ostracizzato pubblica da solo, e che la loro carriera è at stake –Spingono per la pubblicazione, cercando di purificare il draft originale di Giromini togliendo una parte interpretativa fenomenologica che appare troppo spregiudicata –La convergenza è lenta, e una minoranza vocale di oppositori di Giromini cercano di bloccare il processo –Gli spokes spingono comunque alla pubblicazione, e larticolo esce a fine ottobre, con 400 firme –Alcune richieste di togliere la firma arrivano troppo tardi la nuova versione in arxiv conta 365 firme

7 Linterpretazione di Frascati Giromini pubblica con i nomi dei soli autori la parte interpretativa del suo lavoro –per cercare di modellare gli eventi, che mostrano muoni compatibili con il decadimento di un oggetto di vita media 20 ps, e parametri dimpatto non correlati, usa un MC di H 2h 1 4h 2 8h 3 16 leptons –Losservazione è che il numero di muoni addizionali negli eventi scala come il B( ) moltiplicato per lefficienza di ID –Ovviamente si tratta di un tentativo alla cieca –Larticolo si trova in http://arxiv.org/abs/0810.5730

8 Un altro sforzo indipendente Tre settimane prima della pubblicazione del preprint di CDF, quattro fisici teorici (fra cui Nima Arkani-Hamed) pubblicano un preprint che parte dalleccesso di positroni visto recentemente da Pamela, per addentrarsi in speculazioni su teorie supersimmetriche che possono spiegare leccesso, e finiscono con discutere una possibile segnatura a LHC di jets di leptoni, con vita media molto lunga, e con massa in variante dei leptoni molto bassa Unora dopo la comparsa dellarticolo di CDF in arxiv, uno di questi autori è in grado di dichiarare ufficialmente, in un commento nel post in cui Peter Woit annuncia larticolo di CDF in tempo reale, che loro non avevano alcuna conoscenza pregressa del lavoro di CDF. Si scopre comunque che il draft di CDF non solo era stato distribuito a destra e a sinistra fin da luglio, ma che esso era disponibile a chiunque volesse cercare multi muon o anomalous muon in google, nelle pagine personali di diversi membri di CDF! Ognuno può farsi lidea che vuole, il preprinti di Arkani-Hamed è in http://arxiv.org/abs/0810.0714

9 Lanalisi in 4 slides: 1 – la parte nota Si usano eventi raccolti da un trigger di doppio muone, con soglia Pt>3 GeV In questo campione, una precedente analisi misura s(b,b )=1.55+-0.13 nb, che rispetto a NLO QCD ha R=1.20+-0.21, in accordo con misure che usano vertici secondari ma in disaccordo con misure precedenti che usano muoni –R=3.0+-0.6 (CDF) –R=2.3+-0.7 (D0) La distribuzione di parametri dimpatto per muoni entro la beampipe è in ottimo accordo con la somma del QCD (BB,CC,PP,BP,CP,BC) –Con essa si misura c =469.7+-1.3 m in accordo con la mistura di B al Tevatron (c =470.1+-2.7 m atteso)

10 2 – ghost events Il campione di doppi muoni prima di ogni taglio ammonta a 743,006 eventi La richiesta SVX di hits nei layers interni porta a 143,743 eventi Lefficienza di questo taglio è troppo bassa: con Y, J/Psi in volo ripesate in Pt e altri mezzi si determina che dovrebbe essere 0.244+-0.002 ma è 0.1930+-0.0004 Cè quindi nel campione un background consistente che viene soppresso dal taglio SVX. Questo non è consistente con lessere QCD generica (incluso HF). Si stima che si tratti di 150,000 eventi, confrontabili con i 220,000 bb nel campione totale.

11 Parametri dimpatto Si osserva che gli eventi in eccesso hanno una coda molto estesa nel parametro dimpatto dei muoni. Un eccesso di muoni con alto d può essere dovuto a: –veri mu con vero IP –veri mu con falso IP –falsi mu con vero IP –falsi mu con falso IP Queste classi sono studiate separatamente Ad esempio, per studiare i veri mu con falso IP,ipotizzando vengano da B e abbiano IP sbagliato per problemi di pattern recognition, si cercano segnali di D° k vicino ai mu –in eventi con mu SVX cè un picco di D° nelle combinazioni RS –in eventi ghost non cè nessun D° A sin.: combinazioni leptone-D° di segno giusto (istogramma in nero) e sbagliato (in rosso) nel campione SVX; A dx: stesso, per il campione ghost.

12 Background da punch-through I muoni con alto IP potrebbero derivare da V- particle decays. Si studia così: –Si associano ai muoni tracce compatibili con fare un vertice comune, e di segno opposto –si ricostruiscono K° S e –si trovano 5300 K° S e 700 –Lefficienza di ricostruire le V è circa il 50% –Questo background spiega 12000 eventi, ovvero circa l8% dei ghosts A sin: segnale di K° ottenuto con falsi muoni e tracce vicine nel campione ghost A dx: segnale di ottenuto con falsi muoni e tracce vicine nel campione ghost

13 La seconda anomalia Intorno ai muoni in eventi ghost si trovano due volte più tracce che in eventi SVX, e 4 volte più muoni addizionali –i muoni addizionali sono scelti con tagli laschi, ma leccesso permane se si richiedono CMUP –siccome il campione ghost è stimato contenere circa il 50% di background QCD, questi eventi hanno un numero sorprendente di muoni addizionali –anche i mu addizionali hanno parametri dimpatto molto maggiori degli eventi SVX, compatibili anchessi con vite medie di circa 20 ps In alto: molteplicità di muoni in eventi ghost background-subtracted, number-coded a seconda della carica e dellappartenenza al cono di uno o laltro dei muoni principali In basso: in eventi ghost con più di un muone il parametro dimpatto è simile in mu primari e secondari

14 Bassa massa invariante I muoni addizionali fanno coppie con bassa massa in variante, non spiegabile con le shapes di coppie di leptoni da QCD sources In alto: SVX muons, dati e simulazione a confronto; in basso: ghost muons e background (a), eccesso (b)

15 Conclusioni Il background identificato nellanalisi di CDF è difficile da riconciliare con sorgenti note Leccesso ha la stessa shape in massa in variante evidenziata in coppie e nel Run I Rimane possibile un detector effect non ancora capito, ma il segnale è certamente di grande interesse D0 può probabilmente confermarlo o smentirlo, ma non in tempi brevissimi; uno studio di elettroni nel campione di dimuoni può anchesso confermare il segnale, ma è difficile