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1 Studio della rottura spontanea di simmetria mediante il processo di fusione di bosoni vettori nellambito dellesperimento CMS Universita degli Studi di.

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Presentazione sul tema: "1 Studio della rottura spontanea di simmetria mediante il processo di fusione di bosoni vettori nellambito dellesperimento CMS Universita degli Studi di."— Transcript della presentazione:

1 1 Studio della rottura spontanea di simmetria mediante il processo di fusione di bosoni vettori nellambito dellesperimento CMS Universita degli Studi di Torino Facolta di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea Specialistica in Fisica Delle Interazioni Fondamentali Gruppo CMS di Torino RelatriceDott.sa C. Mariotti Co-relatore Dott. A. Ballestrero CandidataS. Bolognesi Contro-relatore Prof. M. Masera

2 2 ATLAS ALICE LHCb CMS LHC e CMS alta luminosita L = cm -2 s -1 ( ?) bassa luminosita L = 2×10 33 cm -2 s -1 ( ) Large Hadron Collider s(p-p)= 14 TeV sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

3 3 V V V V EWSB via VBF sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) U(1) Y × SU(2) I Modello GWS di unificazione elettrodebole M W ~ 80 GeV M Z ~ 90 GeV M = 0 EWSB: meccanismo di Higgs (massa -> polarizzazione longitudinale) particella scalare (Higgs) VV -> VV Processo di fusione di bosoni vettori: contributo di Higgs corregge la divergenza della sezione durto (di massa non fissata) viola lunitarieta in assenza di Higgs VBF = sonda del meccanismo di rottura spontanea di simmetria in maniera indipendente da qualunque modellistica v = 246 GeV

4 4 q q qq q q l W V V V M(q,q,l,n) = M(V,W) = M(H) Higgs = risonanza nello spettro M(H) = 300 GeV M(H) = 500 GeV M(H) = 700 GeV No Higgs No Higgs -> effetti di violazione dellunitarieta NUOVA FISICA = deviazione da tale spettro fortemente soppressi da bosoni entranti off-shell PDF quark iniziali bosoni non polarizzati Principali osservabili del VBF a LHC e scenari possibili: sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) M(H) (H) ~10 ~50~120 (GeV) (VV->VW) VS M(V,W)

5 5 Studi partonici utilizzo di un nuovo MC -> definizione di segnale confronto con il MC precedentemente usato (PYTHIA) divisione in contributi del segnale studio della sezione durto ad alta massa invariante per evidenziare gli effetti di violazione di unitarieta in assenza di Higgs (VV->VW: WW->WW, ZZ->WW, ZW->ZW) sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

6 6 PHASE qq->qqqql O( EW 6 )... 2 segnale (VBF) fondo irriducibile definire il segnale = separare il segnale ed il fondo irriducibile a livello partonico sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) PHact Adaptive Six Fermion Event Generator In un conto esatto la sezione durto e data dal quadrato della somma di tutti i contributi (Accomando, Ballestrero, Maina)

7 7 Definizione di segnale 160 < M(bqq,b ) < 190 (GeV) M( ) = m W ± 10 GeV M(q 3 q 4 ) = m V ± 10 GeV M(q 1 q 2 ) = m V ± 10 GeV ~ 70 % ~ 2 % ~ 3 % Tagli di eliminazione fondo irriducibile a livello partonico: sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) contributo di top (pura EW) diagrammi non risonanti tre bosoni uscenti M(H) = 500 GeV

8 8 Violazione unitarieta (1) Polarizzazione dei bosoni picco coda: V T +V L No Higgs coda: V T M(H) = 500 GeV coda M(H) = 500 GeV picco: V L No Higgs coda distribuzione di decadimento W nel suo CM sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) selezionare V L ed eliminare V T eliminare la coda per M(H)=500 GeV, conservandola per No Higgs

9 9 Violazione unitarieta (2) Rete neurale (NN) eventi M(V,W) > 1 TeV sessione di Laurea 20/07/05Sara Bolognesi (TORINO) dati in ingresso strati nascosti variabile di uscita

10 10 Studi di ricostruzione e selezione studio delle risoluzioni utilizzando la verita MC selezione del segnale dal fondo riducibile ed irriducibile sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) generazione fondi riducibili con vari MC simulazione veloce del rivelatore con il software di CMS

11 11 M(H) = 500 GeV p p q q q q W V V V q tag Cinematica del segnale 2 bosoni centrali con alto p T 2 q dal bosone adronico: centrali, bassa, alto p T 2 q tag: alta, grande e energia molto alta alta MET muone centrale con alto p T sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) momento trasverso bosoni pseudorapidita bosoni energia quark No Higgs pseudorapidita quark quark tag quark dal bosone (p + p ) 2 = m W 2 ricostruzione del p z del neutrino:

12 12 Fondi fondo irriducibile pp qqWW qqqqmn pp qqqqW qqqqmn pp t t W - b W + b 1m+X top (pure EW) EW 6 S 2 EW 4 S 4 EW 2 ~ 3 × segnale ~ 3000 × segnale ~ 50 × segnale ~ 2000 × segnale sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) Sezione durtoOrdine perturb. segnale: quark tag top EW: quark b top QCD: quark b pseudorapidita quark tag / b energia quark tag / bpseudorapidita bosonienergia bosoni segnale WWqq Wjjjj

13 13 Simulazione Simulazione veloce del rivelatore (FAMOS_1_2_0): parametrizzazione del detector dal fit della simulazione completa Studio della risoluzione utilizzando la verita MC risoluzione (%) = valore ricostruito – valore generato valore generato su un campione di eventi senza Higgs risoluzione assoluta =valore ricostruito – valore generato (sempre p T jet > 30 GeV) sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) NO PILE-UP !!

14 14 Risoluzione leptonica Si sceglie il muone ricostruito piu vicino a quello generato (solo se R<0.2) risoluzione < 10% nell 86% degli eventi momento trasverso sottostimato MET totale ~ p T neutrino risoluzione su p T VS p T generato sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) MET ricostruita dal calorimetro FWHM ~ 60% (45 GeV) risoluzione su p T

15 15 Risoluzione adronica Eventi con esattamente 4 jet nello stato finale, ciascuno associato ad un singolo quark generato ( R<1) risoluzione assoluta (fit gaussiano): deviaz. std. ~ 15 GeV media ~ 10 GeV sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) risoluzione (%) pt dei quark M(V -> qq) FWHM ~ 35% FWHM ~ 33% deviaz. std. ~ 14 GeV media ~ 2.5 GeV (p T jet > 30 GeV) pt dei quark M(V -> qq)

16 16 Procedura di analisi (1) Ricostruzione del segnale (p T jet > 20 GeV) scelta del muone con massimo p T p T = MET (p T > 20 GeV) ricostruzione del bosone adronico ricostruzione del bosone leptonico 63 % segnale (NoHiggs) fondo 44 % 73 %50 % 60 %38 % richiesta 2 jet aggiuntivi quark tag = restanti 2 jet piuenergetici sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) | j1 |, | j2 | <3 50 < M(j1,j2) <125 (GeV) | j1 - j2 | < 2 (p T > 20 GeV) Tagli ottimizzati per no-Higgs per evitare eventuali bias dovuti alla produzione di un oggetto massivo

17 17 Procedura di analisi (2) Reiezione del fondo (p T jet > 20 GeV) taglio contro il top segnale (NoHiggs) fondo 54 %24 % sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) 100 < M(W,b), M(V,b) < 300 (GeV) b = jet con massima probabilita di b-tagging (solo se P(b)>1)

18 18 Procedura di analisi (3) Reiezione del fondo (p T jet > 20 GeV) tagli sui quark tag segnale (NoHiggs) fondo 17 %1.4 % sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) M(jtag1, jtag2) > 600 GeV | jtag1 - jtag2 | > 1.5 jtag1 × jtag2 < -1 p T jtag1, p T jtag2 > 50 GeV M(jtag1, jtag2) jtag1 - jtag2

19 19 Procedura di analisi (4) Reiezione del fondo (p T jet > 20 GeV) tagli aggiuntivi segnale (NoHiggs) fondo % 0.52 % sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) | W | < 2 M(V,W,jtag1,jtag2) > 1 TeV (N jet with | j |<2) < 13 (N jet with | j |>2) < 8 R(, j) min > 0.2 R(jtag, jV) min > 0.9 (jtag, W) > 0.7

20 20 Risoluzioni cattiva risoluzionerisoluzione calorimetro (termine stocastico 125% / E) jet = energy flow objects i.e. utilizzo delle tracce associate ai segnali calorimetrici sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) Risoluzioni dellanalisi Perfettamente in accordo con le risoluzioni calcolate utilizzando la verita MC per riconoscere le particelle di segnale

21 21 lumi = 100 fb -1 fondo irrid. top EW top QCD WWjj Wjjjj (no top) 6.02 % 0.57 % 0.18 % 0.33 % 1.11 % segnale10.56 % sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) efficienze finali S/B VS M(V,W) eventi VS M(V,W) M(H)=300 GeV M(H)=500 GeV M(H)=700 GeV No Higgs M(V,W) = totale M(V,W) > 1 TeV significanza (S/B) integrata totale M(H) ± 30%

22 22 un po di lavoro e stato fatto......tanto e ancora da fare!! arrivederci al 2007 (start di LHC) !!!!!! un grazie ENORME al gruppo CMS di Torino Dott.sa E.Accomando, Dott. N.Amapane, Dott. A.Ballestrero, Dott. R.Bellan, Dott. G.Cerminara, Dott. E.Maina, Dott.sa C.Mariotti, Prof.sa A.Romero e tanti altri ancora...!!

23 23 Backup slides divisione in contributi del VBF confronto PHASE - PYTHIA sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) polarizzazione dei bosoni vettori nel VBF risoluzione del bosone W-> ricostruzione dellimpulso longitudinale del neutrino produzione dei campioni: xsec ed eventi generati fondi non considerati: W, Wqq,... breve descrizione del rivelatore

24 24 Non si puo a priori separare i diversi contributi (a la pythia) poiche questi possono interferire tra loro quando danno luogo allo stesso stato iniziale e finale W+W- -> W+W- W-W- -> W-W- & C.C. ZZ -> W+W- ZW->ZW es. ud udcs - udZZ udW + W - Tagli appositi di selezione per i diversi contributi -> multiple counting si e richiesta la giusta combinazione in flavour e segno in pz fra i quarks entranti ed uscenti p z (u IN ) * p z (u OUT ) > 0 p z (d IN ) * p z (d OUT ) > 0 ZZ -> W + W - W + W - -> W + W - p z (u IN ) * p z (u OUT ) < 0 p z (d IN ) * p z (d OUT ) < 0 es. u IN d IN ->u OUT d OUT cs - n Divisione in contributi (1) sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

25 25 Divisione in contributi (2) sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

26 26 PYTHIA: solo polarizzazione longitudinale, Breit-Wigner per il decadimento EVBA=> bosoni on-shell, sottostima dello stato finale WZ per M(H)=500 diversita nella topologia del segnale WZ / totale PYTHIAPHASE M(H)=500 GeV no Higgs PHASE - PYTHIA sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

27 27 M(H)=500 GeV NoHiggs 1 η(u) > -5.5 E(u,d,c,s,μ) > 20 GeV P t (u,d,c,s,μ) > 10 GeV 70< M(sc, μν) < 90 Tagli applicati: sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) Contributo delle diverse polarizzazioni (risultati ottenuti con una versione modificata, non ufficiale di PHASE) V L e V T

28 28 Produzione dei campioni M(H) = 300 GeV pb segnale e fondo irriducibile M(H) = 500 GeV pb M(H)= 700 GeV pb no Higgs pb pp t t 1 +X 622 pb pp qqWW qqqq 9.1 pb pp qqqqW qqqq 359 pb altri fondi pp qqW + W - qqqq 9.04 pb pp qqW + W + qqqq 0.05 pb 1996 pp qqW - W - qqqq 0.02 pb 2509 sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) signal pb pb pb pb top (EW) pb pb pb pb other irr. backg pb pb pb pb M(H) (GeV) no Higgs total pb pb pb pb Eventi e sezioni durto dei diversi processi generati

29 29 Fondi non considerati La nuova versione di AlpGen (giugno 2005) e capace di generare W + n jets senza conteggi multipli WqqWqqqq q q g g g q q W Fondi con minore molteplicita di quark nello stato finale (es. W singolo, Wqq...) possono essere confusi col segnale a causa di jet aggiuntivi da: interazioni soffici fra i protoni radiazione di gluoni durante il Parton Shower (PS) errori nel processo di ricostruzione dei jet (merging-splitting dei jet) Non considerati non esisteva un MC capace di generarli senza doppi conteggi con i fondi gia considerati emmissione di gluoni durante il PS sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

30 30 CMS: Tracciatore | | < 2.5 ricostruzione vertice primario b-tagging (vertici secondari, parametro di impatto...) ricostruzione muoni di alto p T, elettroni ed adroni isolati granularita ed alta resistenza alle radiazioni sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

31 31 CMS: ECAL sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) termine statistico (confinamento dello sciame e fotostatistica) rumore elettronico + pile-up termine costante (risoluzione intrinseca calorimetro) H -> ( M(H) ~ GeV ) energia, apertura angolare Cristalli in PbWO 4 alta densita piccolo raggio di Moliere breve lunghezza di radiazione rivelatore compatto

32 32 CMS: HCAL sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) granularita ermeticita separazione dei jet ricostruzione MET calorimetro a campionamento (| | < 5) barrel HB endcaps HE forward HF scintillatori + assorbitori in rame fibre di quarzo + assorbitori in acciaio

33 33 CMS: Muoni sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO) 4 stazioni intervallate col giogo barrel: DT (MB1-4) endcap: CSC (ME1-4) misura posizione (~ 100 m) misura tempo (~ 1 ns) RPC CSC DT RPC

34 34 Risoluzione W leptonico p T muone and p T neutrino sottostimati p T W sottostimato pseudorapidita W sovrastimata (absval) risoluzione assoluta (fit gaussiano): deviazione std. ~ 24 GeV media ~ -7 GeV picco risoluzione a % risoluzione con andamento asimmetrico sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)

35 35 Ricostruzione neutrino p T = MET equazione di secondo grado con due soluzioni si sceglie la soluzione maggiore e si prende la parte reale se il discriminante e negativo p z calcolato da (p + p ) 2 = m W 2 (30 % degli eventi) sessione di Laurea 20/07/05 Sara Bolognesi (TORINO)


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