Studio delle Incertezze Teoriche nel Processo H→τ+τ-→τlepτhad in ATLAS Alessio Magitteri 12 Aprile 2013

Indice della presentazione Notizie dal Mondo LHC ed Esperimento ATLAS Bosone di Higgs H → τ+ τ- →τlepτhad Studio delle Incertezze Teoriche Risultati Conclusioni

4 Luglio 2012 ! Coerente con il dire di cosa si sta parlando-> Bosone come buon candidato ad essere il bosone di higgs Dire che si saltano delle slides

LHC ed Esperimento ATLAS

Indice della presentazione Large Hadron Collider- LHC Accelleratore adronico p-p: 4 Esperimenti: Lunghezza 27 Km √ s = 7 TeV(2011), 8 TeV (2012) L = 4.8 fb-1 (2011), 5.8 fb-1 (2012) La separazione tra i pacchetti di protoni 50 ns ATLAS CMS LHCb ALICE

A Toroidal LHC ApparatuS - ATLAS Indice della presentazione A Toroidal LHC ApparatuS - ATLAS Collaborazione mondiale: 3000 fisici 177 Università 40 Stati ….l’Italia: 240 tra fisici e ingegneri 12 Università 13 Strutture dell’INFN ATLAS è un rivelatore “multi-purpose” Inner Detector Riscostruzione delle trace di particelle cariche e vertici secondari Sistema Calorimetrico Misura dell’energia degli elettroni e dei getti adronici Spettrometro Muonico Ricostruzione e idenitificazione dei muoni

Bosone di Higgs

Indice della presentazione Bosone di Higgs Anni ’60 → Glashow, Weinberg a Salam propongono la teoria elettrodebole contraddistinta dalla simmetria locale SUL(2)×UY(1) → Lavori di Higgs et al. sulla rottura spontanea della simmetria A causa della simmetria soggiacente non è possibile inserire un termine di massa esplicito all’interno della teoria se si vuole preservarne la predittività ma…mZ ~ 91 GeV , mW ~ 80 GeV e mf ≠ 0! Permette di inserire un termine di massa Conserva la simmetria del modello e la sua predittività Predice l’esistenza di una nuova particella elementare: il bosone di Higgs Fino al 2012 era l’unica particella del Modello Standard a non essere stata ancora osservata

Canali di Produzione dell’Higgs a LHC Indice della presentazione Canali di Produzione dell’Higgs a LHC 125 GeV Gluon Fusion (ggH) Vector Boson Fusion (VBF) Higgs-Strahlung (VH) Top Fusion

Modi di Decadimento dell’Higgs Indice della presentazione Modi di Decadimento dell’Higgs Decadimenti: Bosonici: H→γγ H→ZZ H → ZZ → 4l H → ZZ → llνν H → ZZ → ll qq H→WW H → WW → lνqq H → WW → lνlν H→Zγ Fermionici: H → τ+τ- H → bb H → μμ 125 GeV

H→τ+τ-→τlepτhad

H→τ+τ- → τlepτhad divisi in categorie 125 GeV Secondo in branching ratio tra i decadimenti fermionici Misura diretta della costante di decadimento Tre possibili sotto-canali di analisi: τlepτlep , τhadτhad e τlepτhad Segnatura del processo τlepτhad : 1 leptone, 1 getto ed Energia trasversa mancante Canale accessibile grazie alla segnatura di VBF Fondi: Z → τ τ Z + Getti, W+Getti Fondo di QCD Per diminuire il fondo e aumentare la sensibilità gli eventi sono divisi in categorie 1-prong-> 49% massa del tau 1776 MeV sottolineare il perché il bottom da problemi-> si creano tanti b in un collider adronici ma non sono distinguibili 3-prong-> 15%

Categorie in H→τ+τ- → τlepτhad Categorie in H→τ+τ- → τlepτhad Indice della presentazione VBF Category: NJets≥ 2 (PtJ1 > 40 Gev, PtJ2 > 30 Gev) ηtJH1 * ηtJH2 < 0 mJH1 JH2 > 500 Gev Δ(ηtJH1 , ηtJH2 ) > 3.0 Min[|ηtJH1|, |ηtJH2| ] < |ηlep| |ητ| <Max [|ηtJH1|, |ηtJH2| ] ddR< 1.0 dPhi(l,MET)+dPhi(tau,MET) < 2.9 Categorie in H→τ+τ- → τlepτhad Categorie in H→τ+τ- → τlepτhad Boosted Category: NJets≥ 1 (PtJ1 > 30 Gev) PTHiggs > 100 Gev Fail VBF Selection ddR< 0.6 dPhi(l,MET)+dPhi(tau,MET) < 1.6 0< collinear X(lep)< 1 0.2< collinear X(had) < 1.2 1 Jet Category: NJets≥ 1 (PtJ1 > 30 Gev) Fail VBF e Boosted Selection ddR< 0.6 dPhi(l,MET)+dPhi(tau,MET)) < 1.6 0 Jet Category: Njets ≥ 0 (PtJ1 < 30 Gev) ddR< 0.5 dPhi(l,MET)+dPhi(tau,MET) < 3.5

Incertezze Teoriche Veloce sull’introduzione e dare maggior tempo ai risultati Usare un linguaggio meno gergale

Studio delle incertezze teoriche Indice della presentazione Studio delle incertezze teoriche Processo perturbativo Radiazione iniziale/finale Decadimenti partonici Shower Formazione di cluster Adronizzazione e decadimento adronico Underlying event Irraggiare, emettere, shiamare

Studio delle incertezze teoriche pertubative: αs Indice della presentazione Studio delle incertezze teoriche pertubative: αs Ivi sono racchiuse: Cinematica iniziale Cinematica finale Dinamica del processo → Sviluppo perturbativo in αs , codificato nel running di αs M = αsA +αs2A + O(αs3) Grafico migliore Stimabili attraverso la variazione di μR, Q/2 < μR < 2Q (variazione di scala)

Studio delle incertezze teoriche pertubative: PDF Indice della presentazione Studio delle incertezze teoriche pertubative: PDF Ruolo delle PDF Decodificano la struttura interna del protone Dipende dalla scala del processo Q In regime asintotico lo stato di quark è una serie perturbativa → DGLAP Stimabili attraverso la variazione di μF , Q/2 < μF < 2Q

divergenze logaritmiche. è uno sviluppo perturbativo in Indice della presentazione Studio delle incertezze teoriche pertubative: jet veto No Divergenze radiative e soffici-collineari; divergenze collineri rinormalizzate nelle PDF Emergono delle divergenze logaritmiche. La sezione d’urto è uno sviluppo perturbativo in Nuova fonte di incertezza da stimare

i contributi logaritmici Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche pertubative Due metodi possibili: Variazione di scala applicata a σ0 → Q/2 < μR ,μF < Q Metodo proposto da Tackmann: σ≥0 e σ≥1 (genericamente σ≥N e σ≥N+1 ) si assumono indipendenti Sottostima i contributi logaritmici Spiegare il perché è sensato il considerarle indipendenti Δ≥N è stimato applicando la variazione di scala

Risultati

Indice della presentazione Strumenti per l’uso Obbiettivo : stimare le incertezze teoriche nei diversi canali di produzione dell’Higgs (ggH, VBF e VH) e rispetto le diverse categorie d’analisi applicando il metodo di Tackmann. Strumenti usati: Generatori Montecarlo a Livello Partonico MCFM 6.3 → GluonFusion VBF@NLO 2.6.2 → Vector Boson Fusion HAWK 1.1 → Higgs Strahlung PDF = MSTW2008NLO (Studiata la consistenza del risultato confrontandolo con altre due PDF: CT10 e NNPDF) Dire il perché uso mH e MW Parametri generici: Gluon Fusion → intervallo di variazione di μR, μF = [MH/2, 2MH] Elettrodeboli → intervallo di variazione di μR, μF = [Mw/2, 2Mw]

Sezione d’urto inclusiva Sezione d’urto inclusiva Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche pertubative: μR /μF Stima dell’incertezza legata alla scelta delle PDF, nella Gluon Fusion: Sezione d’urto inclusiva MSTW2008NLO (fb) NNPDF (%) CT10 (%) σ≥1 5684 -1 -8 σ≥2, VBF 124 -7 Stima dell’incertezza variando indipendentemente μR e μF , nella Gluon Fusion : Sezione d’urto inclusiva Sezione d’urto (fb) Δ± (μR) (%) Δ± (μF) (%) σ≥0 13657 +20 -16 < 1 σ≥1 5684 +22 -18 +2 -2 σ≥2, VBF 124 +10 -16 +7 -3 Focalizzare meglio il risultato finale

Stima delle incertezze teoriche: jet veto Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche: jet veto Implementazione delle categorie esclusie d’analisi: σ1 = σ ≥1 (PtJ >30 Gev) –σBoosted- σ≥2 (VBF cuts) σBoosted= σ ≥1 (PtJ >30 Gev, PtH>100Gev) – σ≥2 (VBF cuts, PtH>100Gev ) σ2,VBF = σ ≥2(VBF cuts) – σ≥3 (VBF cuts) Δ12 = Δ ≥12 + ΔBoosted2 + Δ≥2(VBF)2 ΔBoosted2 = Δ ≥1(Boosted)2 + Δ≥2(Boosted+VBF)2 Δ2,VBF2 = Δ ≥2(VBF)2+ Δ≥3(VBF)2

Stima delle incertezze teoriche: jet veto Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche: jet veto pTH ≥ 100 GeV Sezione d’urto esclusiva categoria VBF per il processo di Gluon Fusion Sezione d’urto esclusiva categoria Boosted per il processo di Gluon Fusion il processo Vector Boson Fusion pt≥ 30 GeV

Stima delle incertezze teoriche: jet veto Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche: jet veto σ≥1 σ≥2, VBF σ≥3, VBF ggh 5684 fb +20% -17% 123 fb +6.7% -21.1% 44 fb +95% -47% vbf 1383 fb +0.04% -0.43% 358.8 fb +1.8% -4.5% 48 fb +3% -5% vh 720.5 fb +2.6% -1.8% 1.97 fb +36.5% -20% / Il canale di gluon fusion è quello che presenta la maggior incertezza teorica > 20 % La gluon fusion domina le categorie a bassa molteplicità I tagli della categoria VBF riducono sensibilemente anche i contributi derivanti VH e ggH σ1 σBoosted σVBF ggh 4536.6 fb +29% -21.5% 1057.4 fb + 26% - 18.2% 79.8 fb + 56% - 41.6% vbf 386.1 fb +12.8% -23.7% 638 fb + 8% - 14% 311.2 fb +2.2% - 5.1% vh 515.5 fb +4% -3% 203 fb + 5% - 3% < 1.97 fb +36.5% -20%

Stima delle incertezze teoriche: limite d’esclusione Indice della presentazione Stima delle incertezze teoriche: limite d’esclusione Risultati in linea con quelli ottenuti considerando tutti i dati raccolti nel 2012 e presentati nel novembre scorso a Kyoto: A causa della bassa sensibilità nel canale è possibile studiare solo il limite d’esclusione Obs: 2.1 a 5σ Asp: 2.2 a 5σ Categoria VBF Spiegare cosa cosa è HCP e perché si studia un limite d’esclusione Categoria Boosted Categoria 1 Getto

Conclusioni e Sviluppi futuri Indice della presentazione Conclusioni e Sviluppi futuri In questo lavoro di tesi sono state stimate: Incertezze teoriche in regime perturbativo e non perturbativo (non presentate) Per le prime: Incremento notevole della statistica usata nelle simulazioni → risultati stabili Si sono studiate le incertezze al variare del valore del taglio in momento trasverso I tagli posti sono in regioni dove le incertezze teoriche sono stabili Utili in una possibile ridefinizione delle categorie d’analisi MVA -> stare molto fumoso, e mettere qualche cosa poi nel backup. Per aumentare la sensibilità e il potere separatore tra il fondo e il segnale si si stanno facendo studi in merito all’analisi multivariata → Fodamentale poter stimare le Incertezze teoriche anche per questo approccio

Grazie