1 Ricerche di segnali oltre il Modello Standard T. Lari, INFN Milano Con sentiti ringaziamenti a Claudio Gatti, Antonio Salvucci, Guido Ciapetti, Claudia Gemme, e Andrea Ventura che mi hanno aiutato a preparare questa presentazione Her mission: to explore strange, new worlds… to boldly go where nobody has been before Paramount Pictures, Star Trek: The original series

2 Overview Attività in cui sono coinvolti gruppi italiani: –Supersimmetria, canale con due leptoni getti e MissingEt (Lecce, Milano, Pavia) –Particelle pesanti cariche a lunga vita media (Genova) –Decadimento di particelle neutre a lunga vita media nel rivelatore (Roma1, Cosenza) –Risonanze in due muoni ad alta massa invariante (Roma3, Frascati) Le persone interessate a questi canali hanno passato la maggior parte del 2010 in studi di Combined Performance o di processi di Modello Standard rilevanti per il canale in questione Con 40 pb -1 abbiamo tuttavia una sensibilità maggiore di quella del Tevatron per tutti questi canali. Ci si sta quindi preparando a contribuire alle prime pubblicazioni sull’argomento

3 Supersimmetria LHC ha un forte vantaggio sul Tevatron nella produzione di particelle pesanti (>400 GeV) via interazione forte. Il limite attuale (in mSUGRA, per m(q) = m(g)) sulla massa del gluino è di 390 GeV. Se esiste un gluino da 400 GeV LHC ne ha già prodotti molti di piu’ del Tevatron:  (pp → gg, s 1/2 = 1.96 TeV, m(g) = 400 GeV) ~ 4 fb 32 in 8 fb -1  (pp → gg, s 1/2 = 7 TeV, m(g) = 400 GeV) ~ 10 pb 400 in 40 pb -1 L’obiettivo del gruppo SUSY è la pubblicazione questo inverno di un gruppo di articoli che permetta di esplorare una regione al di là dei limiti del Tevatron La sfida è avere un controllo delle sistematiche sufficiente _ ~~ ~~ ~~ ~ ~ Un esempio di limite atteso per 20 pb -1

4 Piani gruppo SUSY jet+E T Miss +n leptoni (n=0,1,2) –Sensibili alla produzione di una coppia di particelle fortemente interagenti, in cui ciascuna decade in una particella invisibile e getti –La sensibilità relativa di n dipende dal branching ratio in leptoni nella catena di decadimento, che dipende dal modello: molti leptoni se domina la catena q →  0 2 q → l l q →  0 1 l l q –Contributo italiano (Le+Pv+Mi) al canale con 2 leptoni bjet+E T Miss Particelle pesanti cariche semistabili –Sensibili a sleptoni e “R-adroni” contenenti un gluino –Pixel, tile e muoni sono tutti sensibili indipendentemente a particelle pesanti lente con misure di timing e dE/dx –Contributo italiano di Genova per la parte con il dE/dx dai pixel ~~~~ Articoli previsti per questo inverno:

5 Analisi SUSY 2-leptoni Candidati: trigger leptone singolo, due leptoni di segno opposto (ee, e ,  ), EtMiss > 100 GeV. Fondo principale (>90%): tt → l b l b. Il segnale viene cercato come un eccesso nel numero di eventi osservato rispetto a quello atteso – il punto cruciale è la stima dell’errore sistematico sul fondo atteso Una variante dell’analisi misura N(ee)+N(  )-N(e  ) che si annulla per ttbar. Events in 40 pb -1 ee+  ee tt QCD-- W,Z,VV,single top Total SM MSSM Lecce Milano Pavia

6 Contributi italiani Milano, Pavia, Lecce (e Belgrado) collaborano da anni in questo canale. La produzione di ntuple è in comune. Brevi (~1h) riunioni settimanali per discutere i risultati e come procedere. In particolare lavoriamo a: Stima della QCD (Milano, Pavia) Stima del fondo di top (Milano, Pavia) Efficienza di trigger di muoni (Lecce) Analisi stream egamma (ee+e  ) (Milano) Analisi stream muoni (e  +  ) (Pavia, Lecce) Lecce Milano Pavia

7 Studi di trigger L’efficienza di trigger misurata con due metodi –Tag and probe con la Z –Selezionando muoni nello stream di JetEtMiss Buon accordo tra i due metodi I problemi di allineamento nel periodo F sono stati risolti nel periodo G, migliorando di ~6%(4%) l’efficienza nel barrel (endcap) JetEtMiss, endcap JetEtMiss, barrel G: p 0 = 77.1  0.7 % F: p 0 = 71.2  0.7 % G: p 0 = 90.8  0.6 % F: p 0 = 87.0  0.6 % Tag and probe Lecce Milano Pavia

8 Studi dei fondi Eventi con un almeno leptone fake (QCD, W+getti) –Nel canale con due elettroni otteniamo una buona stima della shape delle distribuzioni di QCD da eventi con un elettrone loose. La normalizzazione del fondo si puo’ ottenere da eventi di stesso segno a bassa EtMiss. –Nei canali e ,  finora prendiamo la shape del fondo da Montecarlo, ma stiamo studiando campioni di controllo per verificarla o prenderla dai dati (eventi con muoni non isolati o con parametro d’impatto significativo) Eventi ttbar –Per una stima basata su MonteCarlo, stiamo guardando i campioni utilizzati dal gruppo del top per calcolare la sistematica sull’accettanza della sezione d’urto ttbar. –Stiamo studiando campioni di controllo in cui si selezionano eventi con una cinematica compatibile con le relazioni di massa note in un decadimento ttbar doppio leptonico Massa cotransversa dei due getti piu’ energetici. Per ttbar M CT < 135 GeV. Isolamento E T cone0.2 /p T, coppie SS. Linea rossa: QCD stimata Lecce Milano Pavia M CT 2 (jj) = m 2 (j 1 )+m 2 (j 2 ) +2[E T (j 1 )E T (j 2 )+p T (j 1 )p T (j 2 )]

9 9 Particelle cariche massive Dal valore di dE/dx nei pixel e del momento si può ricavare la massa. Le masse di ,K,p vengono utilizzate per calibrare i parametri della relazione. Il deuterio (da interazioni nella beam pipe) viene usato per capire se l’estrapolazione a masse pesanti funziona. Si osserva uno shift di massa attribuibile alla non corretta ricostruzione del momento per particelle diverse dal pione a bassi impulsi (  <1.2). Infatti la ricostruzione assume che tutte le tracce siano pioni, sottostimando cosi’ la perdita di energia nel materiale nel caso in cui non lo siano.  m D = 78 MeV  m p = 4 MeV Genova

10 L’effetto su particelle pesanti ad alto momento risulta in uno shift di ~ 10% ma non nell’allargamento del picco di massa. Particelle esotiche possono essere prodotte con sezioni d’urto fino a ~100 pb e apparirebbero come un picco ad alta massa La misura può essere correlata con quella ottenuta con tile, muoni (tempo di volo) e TRT (tempo di volo, dE/dx) L’ottimizione dei tagli per ridurre i fondi (che comunque sono molto piccoli) è sotto studio. L’obiettivo è un articolo con almeno tile e pixel questo inverno. mPixel (GeV) Genova

11 Detection of Higgs decay to Long Lived Neutral Particles Cosenza, Roma1, Seattle. M. Strassler & K. Zurek, Phys Lett B 661 (2008) T.Volansky et al.- JHEP 1005:077,2010 Arkani-Hamed et al Arxiv : / M.Strassler & N.Wainer Many recent models predict long-lived neutral states from hidden/dark sectors. Transition to our sector possible at LHC energies. Higgs can be a mediator between these sectors and our sector. Specific triggers needed to detect LLNP decays in ID, Calorimeters and Muon Spectrometer B pairs-jets Lepton-jets Used as benchmarks for the development of L2/EF specific triggers

12 Performances of Hidden Valley L2 Triggers Results from RUN – L 9 10E bunches 3 new HV L2 triggers : 2MUL1_j30_HV ~ 55%(B)-50%(EC) selection efficiency for decays in the MS J30_L1TAU_HV ~ 80%(B) 55%(EC) selection efficiency for decays in the HCAL J30_trackless_HV <10% selection efficiency for decays in the ID Accepted by the TGMSG and active with no-prescale since begin Oct 2MUL1_j30_HV 0.5 Hz (L1 2MU6) J35_L1TAU_HV 0.4 Hz J30_trackless_HV 0.1 Hz Cosenza, Roma1

13 Event Filter/Off-line analysis RR zz Vertex finding in MS algo developed (based on new low pt track finding + VKalVrtFitter from V.Kostyukhin) Δb Δα Efficiency wrt Moore vs pt HV vetrtex fining efficiency: 88% ( Barrel ) 44% (EC) Analysis strategy: Seed event search with MS vertex Request of addtional signal in CALO/ID V-pion pair decay probability (%) for 1.5 m decay path End of 2010: with ~ pb -1 evaluate trigger background rate and tuning of event selection criteria. Skimming/ntuples production started. Next year: for the Hidden Valley model with b-bar final state assuming a branching fraction of 100% for h → π v π v and a lifetime of 1.5 m, every 100 pb -1 we expect ~400 events selected at L2 and ~40 events with MS identified vertex. Upper limits for the three models in various regions of the parameter space can be obtained. Cosenza, Roma1

14 Ricerche di Z’ Figure e tabella per una Z’ di 1000 GeV e s 1/2 = 10 TeV. A 7 TeV la luminosità richiesta e circa un fattore 3 maggiore Segnale molto pulito (S/B >> 1) Possibilità di stabilire un limite competitivo a partire da circa 20 pb -1 Per questa analisi è molto importante conoscere la risoluzione dello spettrometro Roma3, Frascati

15 Studi di risoluzione La risoluzione stata studiata dalla lineshape della Z Conoscendo la risoluzione e’ possibile ridurre l’effetto del misallineamento sul potenziale di scoperta del 50% Roma3, Frascati

16  After the effort for the top x-section measurement, U.De Sanctis (Udine) would start an activity within the Exotic group.  Probably part of the Udine group will move after Moriond towards new physics searches.  Possible interests: high-mass resonances decaying in ttbar and WW.  A MC study at 10 TeV for the WW semileptonic channel has already been done in the past. (see &confId=66053 )  For the time being, the idea is to start the study of the W+jets SM background in this particular phase-space corner. Future activities

17 Conclusioni La ricerca di nuova fisica alla scala del TeV e’ uno dei motivi principali per cui e’ stato realizzato ATLAS. Stiamo ora per cogliere i frutti di una luuunga attesa – i dati gia’ disponibili ci consentono esplorare la terra incognita al di la’ dei limiti esistenti! Per Moriond ci possiamo aspettare che i limiti piu’ stringenti su molti modelli di “Nuova Fisica” vengano da LHC – o forse avremo la prima evidenza di un segnale I gruppi italiani sono coinvolti su alcuni scenari che possono essere esplorati con questi primi dati Dopo aver contribuito al commissioning su aspetti legati ai canali di interesse, si preparano adesso a contribuire ai primi articoli di ricerca

18 Backup

19 Slide rubata a G. Polesello