Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo Studio della sensibilità del rivelatore CMS ai processi LFV tramite decadimenti senza neutrino del leptone t 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Diagrammi per tmmm e tmg (esempi) mSUGRA con neutrini right-handed (vedi hep-ph/9911459 J.Ellis et al.) Br(tmg) fino a 10E-07 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Leptoni tau ad LHC s(ppt+X)=120mb Mesone (M) Ds D+ B0 Bs B+ 77% 3% 9% (PYTHIA 6.152+CTEQ4L+tavole del PDG) Mesone (M) Ds D+ B0 Bs B+ BR(M-> t +X) 7.0% 0.2% 2.7% 1.5% s(pp->M-> t +X) / stot (pp->t+X) 77% 3% 9% 2% s(ppW t+n)=19nb; (at order O(as²)) s(ppZ t+t)3nb (see Nucl.Pysics B345 331-368) s(ppB t+n+D)24mb 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo tmmm: Segnale (t da W) Trigger At least 3 muons Level 1 CMS triggered (rate from 40MHz100KHz) 2 muons passing the Level3 CMS trigger (to reach the final acquisition rate 100Hz) Identification 3 muons with Pt> 4GeV in the barrel region or Pt>2.5 outside that region (|eta|>1.1) Total charge = ±1, Topology Common Secondary vertex No charged tracks inside a cone DR=0.4 around the tau with transverse momentum >0.7GeV (isolation) Missing Transverse Energy > 20 GeV Veto on the phi mass region for any couple of muons. (1020 ±25)MeV Mass Reconstructed mass of three muons =(1778 ±25) MeV 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo tmmm: Segnale (t da Z) Trigger At least 3 L1 muons AND 2 muons L3 Identification 3 muon with Pt> 4GeV in the barrel region or Pt>2.5 outside that region (|eta|>1.1) and total charge = ±1, Topology No charged tracks inside a cone DR=0.4 around the tau with transverse momentum >0.7GeV Tau-isolation of the other tau from Z (1 to 3 track inside a narrow cone and no other tracks inside a broader and complementary cone of opening 0.4 with Pt>1.5GeV) (double use of the tracker) Kinematics Pt-tau cut at 20GeV Reconstructed mass of the tau tagged jet+three muons+Met (expected to be Z) greater than 70 GeV. Veto on the phi mass region for any couple of muons Mass reconstructed mass of three muons equal tau mass ±25MeV 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo tmmm: Segnale (t da B) Trigger 3 L1 muons and 2 muons L3 Identification: 3 muon with Pt> 4GeV in the barrel region or Pt>2.5 outside that region (|eta|>1.1) Total charge = ±1 Topology: The signal Jet tagged as B-Jet (more than 3 Tracks with Significance of transverse impact parameter greater than 2) The other jet (in the opposite direction to the signal) must be a b-jet (2 tracks with Significance of IP greater than 2) Veto on the phi mass region for any couple of muons Mass:reconstructed mass of three muons equal tau mass ±25MeV 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo tmmm: fondo (vedi CMS NOTE 1997/096) Heavy quarks mesons (D & B ) Higgs Primary interactions Gauge bosons and Drell Yan (Z,W) From t (low initial Branching Ratio) Cosmic rays (removable with opportune timing technique) “Mistag & punch trough“ (non prompts muons) 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Eventi Generati (Segnale e Fondo) Fondo Strumentale 500 eventi W3p nt 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Analisi (Farm Perugia) Fast Simulation smearing of the main kinematics variables s(pt)/ pt =1-1.5% s(q)=0.001rad s(f)=0.001rad s(Ldec)=100mm Full Simulation Simulazione CMSIM122 Ricostruzione ORCA_5_3_2 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo t3m ,Ldt=10fb-¹,|h|<2.4, tau dalla sorgente W. Massa ricostruita SIGNAL+BACKGROUND After 1 year of LHC with the hypothesis of BR=1.9E-06 s=15MeV In caso di NON presenza di segnale: BR<8.4E-08 @ 90%C.L. 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

t->mg :fondo e segnale Abbiamo focalizzato l’ attenzione sulla sorgente W per il segnale 1870 EVT Per il background: ppW m+n (inclusive) sample A (s=19nb) 40000 EVT ppW g m+n +g sample B (s=0.18nb) 3500 EVT ppWt n m+n +n +n sample C (s=2.1nb) 3500 EVT Questo tipo di eventi assicura infatti: 1.Un muone molto duro facilmente triggerabile e ben isolato. 2.Una distribuzione della energia mancante vicina a quella del segnale. 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo Criteri di Selezione Trigger L1: 1 m(Pt>20GeV/c) or 1 g(Et>25GeV) or 1 m (Pt>5GeV/c) plus 1 g(Et>10GeV) Identification: one photon full reconstructed and reconstructed muon or one photon full reconstructed and just a charged track close to the photon. Reconstructed transverse energy of gamma greater than 20 GeV Missing transverse energy greater than 20 GeV Reco Muon candidate with a Pt less than 20GeV/c and greater than 6 GeV/c 0.07<DR mg<0.16 Muon candidate with a significance of the transverse IP> 2 Reconstructed mass mu+gamma =tau mass ± 50MeV 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

t->mg } Fondo BR<9E-07 C.L.90% s=40MeV SAMPLE Signal tmg Wmn A Wgmgn B Wtn mnnn C initial 1870 ~37000 3500 L1trigger 1349 20475 2000 1359 HLT 813 2145 292 119 Eg>20GeV 362 326 61 15 Met>20Ge 311 227 16 13 Pm<20GeV 211 34 6 7 DR<0.15 193 1 Sign(IP)>2 106 Mmg 87 Fondo s=40MeV Risultati ottenuti fattorizzando alcuni tagli e Ipotizzando che la massa ricostruita del mu+gamma sia uniforme fra 0 e 3GeV/c2 t->mg SAMPLE A: 4 evs SAMPLE B: <1 evs SAMPLE C: 15 evs Eventi dopo un anno di bassa Luminosità di LHC 10fb-1 } BR<9E-07 C.L.90%

Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo Oggetti e Tools Oggetti: praticamente tutti Analisi: finalizzata tramite PAW Gruppo: b/tau 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Conclusioni canale t3m E’ stato studiato il canale tau in tre muoni con una dettagliata simulazione del detector Si è individuato il tipo di fondo fisico più ostile (decadimenti rari della phi partendo da eventi cc con tre muoni nello stato finale) Si è studiato il contributo al fondo da inefficienze del sistema muonico di CMS. Si sono sviluppate tre differenti analisi per tre differenti sorgenti di segnale : per tutte e tre sono di fondamentale importanza l’ efficienza del tracciatore per ricostruire tracce, la risoluzione del momento, la risoluzione angolare e la risoluzione del vertice secondario. La sorgente più importante risulta essere il W. Si prevede una sensibilità sperimentale usando solo questo canale dopo un solo anno di bassa luminosità (10fb-1) pari a 8.4E-08 migliorando di circa 20 volte l’ attuale sensibilità di CLEO II Altre sorgenti, possono dare contributi non trascurabili 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo

Conclusioni canale tmg E’ stato fatto uno studio del canale mu- gamma il cui BR è atteso essere in alcuni modelli 150 volte maggiore del tau in tre muoni. L’ analisi, basata su una dettagliata simulazione del detector, necessita di molta più statistica (almeno un fattore 100) ma questo è irrealizzabile in questa sede. Dallo studio fatto la ricerca di questo canale è limitata dal fondo e non si hanno significativi miglioramenti alla sensibilità attuale dopo un anno di bassa luminosità. Per entrambi i canali, gli eventi di cui si dispone in un anno di presa dati di LHC NON sono sufficienti a poter fornire dei vincoli sperimentali utili al modello mSUGRA con neutrini right-handed. Occorre quindi estendere le analisi in scenari di alta luminosità della macchina considerando anche i fenomeni di pile-up e altre soglie di trigger. Questo ultimo punto richiede ovviamente un ulteriore incremento della statistica MONTE CARLO. 11/04/2019 Roberto Santinelli - Dottorato XV ciclo