U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo1 Parte IV: Ricerca di segnali di supersimmetria: - fenomenologia dei modelli in cui la rottura di simmetria e’ “gravity madiated” ovvero “gauge madiated” - ricerca di chargini e neutralini, s-leptoni e s-quarks in stati finali con topologie multi-leptoniche e con multi-jets ed energia mancante. - decadimenti a catena di particelle supersimmetriche - decadimenti dell’ Higgs in particelle supersimmetriche leggere - esempi di “altra” (non SUSY) nuova fisica: - Z’ - segnature da extra-dimensions... Prospettive di fisica a LHC

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo2 “Segnature” di SUSY Nel MSSM, e comunque in tutti i modelli in cui il numero quantico “R-parity”: R = (-1)3(B-L) +2S (B=n.barionico, L=n.leptonico, S=spin : R=+1 per particelle ordinarie, R=-1 per s-particelle) e’ conservato, la “lightest supersimmetric particle” (LSP: puo’ essere ad esempio il neutralino  0 1, o il gravitino) e’ stabile => segnatura di energia mancante nell’ apparato In generale, tale segnatura e’ accompagnata da elevata attivita’ adronica (multi-jets), dovuto a s-quarks e s-gluoni copiosamente prodotti nei processi supersimmetrici Le sezioni d’urto implicate, per valori non troppo alti delle masse degli s-quarks, sono elevate => possibile scoperta nei primi mesi di LHC

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo3 Ricerca SUSY a LHC Tipico evento di SUSY: ETET Il “physics reach” a LHC viene riportato nel piano (m 0,m 1/2 )

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo4 10 fb -1 sbottom sbottom chain p Large di-leptons signals may show up quite early…e.g. in neutralino decay chain: 1 fb -1 p T 1,2 >15 GeV E Tmiss >100GeV tan  m 0,m 1/2 =110,190 challenge for detector readness mSUGRA Ricerca SUSY a LHC (II)

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo5   2 high p t isolated leptons OS (leptons = e,  )   2 high p t non-b jets  missing E t   2 high p t b jets   2 high p t isolated leptons OS (leptons = e,  )  missing E t SM bkg: tt, Z+jet, W+jet, ZZ, WW, ZW, QCD jets Reconstruction of sbottoms, squarks and gluinos: p p b b s-particle signals :

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo6 Ricostruzione di una tipica catena di decadimento m  ’ -m 

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo7  0 2 reconstruction: p p b b 10 fb -1

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo8 nuove idee per coprire la regione a bassi tan  - alti m A SUSY nel settore di Higgs il segnale di h0 dovrebbe sempre essere trovato: stessa tecnica (stessi problemi...vedi sopra) di H SM  al di sotto di questo “triangolo” nel piano (m A,tan  ) si rischia di avere una sola “segnatura” disponibile....

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo9 A, H   2 0  2 0  4l + E T miss Most promising decay channel: l + l -  1 0 … interesting coupling: H0H0 A0A0 Z0Z0 doesn’t work for SM, but remember SUSY … ~ ~ =  0 (neutralinos) Higgs  light sparticles

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo10  x BR The signature looks like: 4 isolated leptons (e,  ) + E T miss powerful signature against the SM + SUSY LHC fb intermediate sleptons Higgs decays in s-particle modes

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo11 A 0, H 0  02  02 : selection criteria

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo12 kept main SM background A 0, H 0  02  02 : kinematical distributions

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo13 A 0, H 0  02  02 : specific case study

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo14 A/H    4 leptons seems to prefer low tan , complementary to A/H   !! A 0, H 0  02  02 : typical discovery reach

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo15 try to exploit MSSM Higgs bosons production in SUSY particle cascades So we tried new decay modes … what about new production mechanisms? Higgs from Susy production mechanisms Possibili scenari di cascate (ricca spettroscopia...)

16 Scenario 1 (big cascades) g (600 GeV) ~ q (720 GeV) ~ ~ ~ ~ ~ h 0, H 0, A 0, H ± (170 GeV) (95 GeV) ~ (340 GeV) Scenario 2 (little + big cascades) ~ h0h0 g (900 GeV) ~ q (1080 GeV) ~ ~ ~ ~ ~ h 0, H 0, A 0, H ± (270 GeV) (145 GeV) ~ (480 GeV) ~ Initiated by s-quarks: Higgs from Susy production : cascade scenarios In taluni spettri (e..g. M(bjet-bjet) ) si potrebbero vedere contestualmente 2 particelle di Higgs (segnatura “spettacolare” di SUSY) (vedi dopo)

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo17 g (1200 GeV) ~ q (800 GeV) ~ ~ ~ ~ ~ h 0, H 0, A 0, H ± (150 GeV) (110 GeV) ~ (375 GeV) ~ g (1200 GeV) ~ q (800 GeV) ~ ~ ~ (400 GeV) (200 GeV) ~ h 0, H 0, A 0, H ± Scenario 3 (big cascades) Scenario 4 (little cascades) ~ ~ (1000 GeV) ~ Initiated by gluinos: Higgs from Susy production : cascade scenarios

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo18 Scenario 1 Scenario 3 Scenario 2 Scenario 4 m A =150 GeV tan  Higgs from Susy production :  x BR

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo19 Jet multiplicity in SUSY cascade signal vs. SM tt background - Higgs from Susy production : jets multiplicity

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo20 E T (hardest jet) in SUSY cascade signal vs. SM tt background - Higgs from Susy production : E jet MAX

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo21 Missing E T in SUSY cascade signal vs. SM tt background - Higgs from Susy production : missing E T

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo22 Total transverse energy in SUSY cascade signal vs. SM tt background: - Higgs from Susy production : total E T

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo23 Selection criteria for neutral Higgses we require the event to contain at least 5 jets the hardest jet in the event should have E T > 300 GeV the transverse missing energy E T miss > 150 GeV the effective mass > 1200 GeV the event should contain at least two b-tagged jets, with 45 GeV 3.

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo24 Results: scenario 1 30 fb -1  : susy signal  : susy bkg  : SM tt bkg Non molto incoraggiante... tuttavia, altri scenari sono piu’ promettenti:

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo25 Results: scenario 2 30 fb -1 h0h0  : susy signal  : susy bkg  : SM tt bkg

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo26 Results: scenario 3 30 fb -1 h0h0 H 0, A 0  : susy signal  : susy bkg  : SM tt bkg

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo27 Results: scenario 4 30 fb -1 h0h0 H 0, A 0  : susy signal  : susy bkg  : SM tt bkg

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo28 Kaluza-Klein excitation of the graviton In Randall-Sundrum model Additional heavy neutral gauge boson (e.g. from Sequential StandardModel) different graviton couplings Detectable through their leptonic decays Altri esempi di nuova fisica

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo29 Esempi di nuova fisica: Kaluza Klein models Compattificazione delle extra-dimensions dello spazio-tempo a “grande” scala => eccitazione di bosoni di gauge a energie dell’ordine del TeV Massa di-leptoni

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo30 Esempi di nuova fisica: Z’

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo31 High mass resonances: they may show up early… 0.1 fb -1 generated Reconstructed (full CMS simulation + reconstruction) Challenge for readiness of alignment, Reconstruction of “TeV muons”, optimization against muon showering…. Esempi di nuova fisica: Z’

U.GaspariniCorso SM, Dottorato, XX ciclo32 Considerazioni conclusive - il Modello Standard funziona molto bene, più di quanto nessuno fosse disposto a scommettere per una teoria efficace vent’anni fa... - l’unico mattone fondamentale mancante, l’Higgs, è (forse) dietro l’angolo: probabilmente proprio dove per LHC è più difficile trovarlo (e anche il Tevatrone farà fatica...: una bella sfida ! ) - ci sono indizi di SuperSimmetria, ma le ricerche dirette non hanno dato esito: s-quarks, s-leptoni, gaugini daranno chiare segnature a LHC; per il settore di Higgs, almeno un bosone del MSSM, se c’è, verrà scoperto; tuttavia, la completa copertura dello spazio dei parametri richiederà 100 fb -1 (regione più difficile: 3< tg  < 10, 120 < M A < 220 GeV ) LEP ha lasciato una “ingombrante” eredità a LHC: