Massimiliano Chiorboli Ricerca di particelle supersimmetriche con l’apparato CMS al Large Hadron Collider Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli 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 Massimiliano Chiorboli

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 ! Massimiliano Chiorboli

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

Massimiliano Chiorboli Soluzioni… Nel caso dei fermioni la simmetria chirale “protegge” le particelle dalla divergenza: Si raddoppia il numero di gradi di libertà: FERMIONI BOSONI Massimiliano Chiorboli

Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) Fermioni: quark, leptoni  s = ½ Bosoni di Gauge: W±, Z0, g,gluoni  s = 1 Higgs  s = 0 Sfermioni: squark, sleptoni  s = 0 Gaugini: Wino, Zino, fotino, gluino  s = 1/2 Higgsini  s = 1/2 R = +1 R = -1 si mescolano, e nello spettro fisico Massimiliano Chiorboli

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: Massimiliano Chiorboli

Topologie a R conservata leptoni ad alto pT jet ad alto pT energia trasversa mancante Massimiliano Chiorboli

Supergravita’ mSUGRA minimal SUper GRAvity m0 m1/2 A0 sign m tan b Il MSSM dipende da 124 parametri liberi mSUGRA minimal SUper GRAvity Teoria globale Teoria locale m0 m1/2 A0 sign m tan b Massimiliano Chiorboli

Ricerca di particelle supersimmetriche Diversi esperimenti hanno effettuato ricerche di particelle supersimmetriche: LEP, CDF, D0, HERA... Canale di ricerca topologia  selezione degli eventi leptoni pT > pTcut jet pT > pTcut Etmiss > (Etmiss)cut eccesso rispetto allo SM Limiti inferiori sulle masse Nessuna evidenza Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Limiti sulle masse CDF: sbottom L3: selettrone ALEPH: chargino Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Limiti sui parametri Teoria LEP1 Chargini Sleptoni Higgs Massimiliano Chiorboli

e' una teoria molto accreditata Nonostante non si sia vista alcuna evidenza... La Supersimmetria e' una teoria molto accreditata Perche' ? Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Motivazioni teoriche Unificazione delle coupling constant... Massimiliano Chiorboli

Motivazioni Teoriche (II) …rottura della simmetria EW SM Introduciamo un campo scalare f: MSSM Abbiamo dei campi scalari (squark, sleptoni, higgses…), che hanno massa m0 a 1016 GeV. Runnando le masse fino a scala elettrodebole: Massimiliano Chiorboli

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

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 all’alone di WIMPs Massimiliano Chiorboli

Evidenze di SUSY da misure di g-2 del m Massimiliano Chiorboli

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

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

Massimiliano Chiorboli Ricerche future: LHC Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli CMS Massimiliano Chiorboli

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 l’eccesso rispetto allo SM (scoperta della supersimmetria); Misurato l’eccesso, ricostruire i picchi di massa delle superparticelle (ricostruzione dello spettro) Massimiliano Chiorboli

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

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Massimiliano Chiorboli Contorni 5s Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Previsioni… Massimiliano Chiorboli

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? Eccesso rispetto allo SM Sparticelle: massa, carica, accoppiamenti… Fissare un punto dello spazio dei parametri Ricavare informazioni sullo spettro Ricostruire le superparticelle Massimiliano Chiorboli

Ricostruzione di sparticelle Massimiliano Chiorboli

Proposed Post-LEP Benchmarks for Supersymmetry (hep-ph/0106204) g 643.3 tL 412.5 bL 522.5 tR 600.5 bR 549.7 c40 379.1 qL 570 c30 358.8 qR 549 c20 186.8 lL 211.4 c2± 379.7 lR 145.8 c1± 186.0 c10 = LSP 99.6 Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Catena di decadimento (26 %) (35 %) (0.2 %) (60 %) p b Fondi SM: tt, Z+jet, W+jet, ZZ, WW, ZW Stato finale dell’evento:  2 leptoni isolati OS ad alto pT  2 b-jet ad alto pT missing Et 10 fb-1   6 mesi di run Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli b-tagging Elettroni  calorimetro elettromagnetico Muoni  camere per muoni Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Decadimento del p b SUSY Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli SUSY + SM tt Z+jet W+jet Massimiliano Chiorboli

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Massimiliano Chiorboli Risultato del fit: Valore generato: Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli p b Assumendo Mc nota Massimiliano Chiorboli

Ricostruzione dello sbottom p b Etmiss > 150 GeV Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Risultato del fit: Masse generate: Massimiliano Chiorboli

Decadimento dello sbottom Risultato del fit: Massimiliano Chiorboli

Ricostruzione del gluino p b Etmiss > 50 GeV Etmiss > 100 GeV Etmiss > 150 GeV Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Result of fit: Generated mass: Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Riduzione del fondo Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli sbottom gluino Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli non dipende da M(c10) ! Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli Risultato del fit: Massimiliano Chiorboli

Informazioni ottenute Indipendentemente da Massimiliano Chiorboli

Massimiliano Chiorboli 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… Massimiliano Chiorboli