ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato1 Università degli Studi di Genova Dottorato di Ricerca in Fisica XIV Ciclo Fabrizio Ferro Reconstruction of primary and decay vertices in the ATLAS experiment at LHC and study of the A    channel Tutore: Prof.ssa Bianca OsculatiTutore esterno: Dott.ssa Donatella Cavalli

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato2Profilo LHC e l’esperimento ATLASLHC e l’esperimento ATLAS Software offline: scrittura di un package di verticeSoftware offline: scrittura di un package di vertice Test dello strumento introdotto e suo utilizzo nella identificazione di Test dello strumento introdotto e suo utilizzo nella identificazione di  Analisi del canale A  (A bosone di Higgs supersimmetrico CP-odd)Analisi del canale A  (A bosone di Higgs supersimmetrico CP-odd) ConclusioniConclusioni

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato3 LHC LHC LHC Large Hadron Collider LHC: Large Hadron Collider Attualmente in costruzione al CERN e previsto operativo per l’anno Collider protone-protone a 14 TeV di energia nominale nel centro di massa. Luminosità prevista: 2·10 33 – cm -2 s -1 Fasci strutturati in bunches che collidono con la frequenza di 40 MHz. Magneti superconduttori da oltre 8 T. Dimensione trasversa del fascio: 22  m.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato4 LHC ALICE ALICE: ioni pesanti ATLASCMS ATLAS e CMS: Higgs e supersimmetria (principalmente) LHCb LHCb: fisica del b TOTEM TOTEM: sezione d’urto totale ed elastica 5 esperimenti previsti

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato5 L’esperimento ATLAS ad LHC

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato6 L’Inner Detector L’ID è indispensabile per un efficace tracciamento e per ottimizzare la misura del momento delle particelle e della risoluzione dei vertici primari e secondari. Pixel DetectorSilicon TrackerTransition Radiation Tracker L’ID è costituito dal Pixel Detector, dal Silicon Tracker e dal Transition Radiation Tracker.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato7 Il Pixel Detector Fornisce un’elevata granularità in prossimità del vertice di interazione: circa 1700 moduli da 320x144 pixels (50x400  m 2 ) forniscono una risoluzione spaziale di 13 e 65  m nelle due direzioni ortogonali. Nota: la configurazione iniziale prevede 2 dischi e 2 cilindri

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato8 Il software di ATLAS C++). Il software di ATLAS è organizzato in packages gestiti da CVS e scritti in linguaggio Object Oriented (C++). Athena. Gli algoritmi sono creati in modo da essere eseguiti nell’ambito di un framework sviluppato dalla collaborazione: Athena.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato9 Il package Vertexing Nell’ambito del lavoro di tesi è stato sviluppato un package per la ricostruzione dei vertici primari e secondari che è stato inserito nel software ufficiale per la ricostruzione degli eventi in ATLAS. Gli algoritmi ricevono in ingresso le tracce ricostruite e forniscono in uscita la posizione dei vertici ricostruiti. Il package fornisce un’interfaccia Object Oriented per il fit di vertici, che viene eseguito da un programma di libreria scritto (in Fortran) dalla collaborazione CDF. Di implementazione originale è invece l’iterazione con la quale possono venire eliminate le tracce che forniscono il contributo di  2 maggiore al    globale del vertice.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato10 Il package Vertexing

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato11 Il package Vertexing Nel package sono contenuti algoritmi che esemplificano l’uso dell’interfaccia per ricostruire il vertice primario ricostruire vertici secondari con tracce individuate tramite un seed ricostruire vertici secondari con tracce fornite dall’utente

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato12 Tests del Vertexing Risoluzione sul vertice primario in eventi Higgs SM (H  bb m H =100 GeV):  x =  y = 24  m  z = 48  m Risoluzione sui vertici secondari prodotti da B  x = 3.2 mm  y = 4.1 mm  z = 5.6 mm

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato13 Tests del Vertexing Risoluzione in eventi A  in direzione parallela e trasversa rispetto al jet adronico. Risoluzione trasversaRisoluzione parallela

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato14 Tests del Vertexing Una stima approssimativa del mean path per un campione di B e per un campione di leptoni  è stata eseguita come esercizio dimostrativo. Nessuna accettanza è stata stimata.  c  ~ 4.3 mm =50 GeV/c  c  ~ 20 mm =400 GeV/c

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato15 MSSM MSSM Il Modello Supersimmetrico Minimale è la minima estensione supersimmetrica del Modello Standard Il MSSM prevede l’introduzione di un partner supersimmetrico per ogni particella standard Nel settore dell’Higgs sono presenti due doppietti che corrispondono a 5 stati fisici: h, H, A, H + e H – (H è CP- even mentre A è CP-odd) tan  v 2 /v 1

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato16 Higgs nel MSSM A 5 bosoni di Higgs: h, H, A, H + e H – m h > 91.0 GeV m A > 91.9 GeV m H  > 78.6 GeV m h(SM) > GeV

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato17 Ricerca del bosone A ad LHC Prodotto tramite gg fusion. Produzione associata: predomina ad alti tan  Produzione diretta: predomina a bassi tan 

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato18 Bosone A: decadimenti no decadimenti ZZ, WW, hh basso tan  tt domina oltre la soglia cinematica, Zh e  a basse masse alto tan  bb domina (tt soppresso) e  contribuisce per ~10%

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato19 Il canale A   3 topologie possibili leptone-leptone BR ~ 6.3 % leptone-adroni BR ~ 46% adroni-adroni BR ~ 41% Punto di lavoro: m A = 800 GeV tan  = 40 produzione associata Solo produzione associata canale studiato

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato20 Produzione 1. Generazione (CERN) eventi di segnale eventi QCD (tre diversi tagli sul p T minimo: 50, 100, 200 GeV) eventi tt eventi W+jet eventi Z+jet 2. Filtro particle level: |  | 17 GeV 3. Produzione: tracciamento degli eventi filtrati tramite geant3 nel rivelatore): (CNAF, Genova) 800 Gb ore CPU PIII 1.4GHz fondi irriducibili Eventi non sufficienti per stimare il rapporto segnale/rumore. Verrà stimata l’efficienza e un limite inferiore sulla jet-rejection. Si testerà l’algoritmo di  -tagging.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato21  -tagging (adronico) Due strategie per il riconoscimeto di  1-prong (BR=48.7%) e 3-prong (BR=15.2%) Ricostruzione dei jets nell’evento Calorimetria: R EM < 0.12 (raggio del jet calcolato nel calorimetro elettro- magnetico) Isolamento forte: 1 traccia isolata vicina all’asse del jet con p T >40 GeV Ricostruzione 1-prong fallita Calorimetria: R EM < 0.12 Isolamento debole: 1 traccia isolata vicina all’asse del jet con p T >40 GeV, ma permesse altre 2 tracce entro  R<0.03 Vertice secondario ricostruito: 4 tagli alternativi sulle informazioni provenienti dal fit di vertice combinati con tagli cinematici Risoluzione ortogonale all’asse: 51  m Risoluzione parallela all’asse: 2 mm

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato22Tagli contributo delle tracce al  2 del vertice secondario minore del contributo al  2 del vertice al primario 3 tracce al vertice p T3 > 7 GeV 3 tracce al vertice p T2 > 40 GeV d r  12 > 0.4 cm (distanza sul piano r  tra i vertici primario e secondario) 3 tracce al vertice p T1 > 50 GeV p T2 > 25 GeV d r  12 > 0.4 cm (distanza sul piano r  tra i vertici primario e secondario) 2 tracce al vertice p T1 > 50 GeV p T2 > 35 GeV

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato23  -tagging: risultati Efficienza relativa al canale 1-prong: 34.4%3-prong: 44.1% Efficienza complessiva 1-prong: 26.8%3-prong: 9.8% 36.6% 36.6% Reiezione dei jet ): QCD (p T >50 GeV): >3.7  10 3 ): QCD (p T >100 GeV): 3  10 3 ): QCD (p T >200 GeV): 10 3

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato24 Analisi A   Selezione: 1. 2  -jets riconosciuti: contrasta (nel nostro caso elimina) i fondi QCD e W+jet 2.nessun elettrone o muone con p T >10 GeV (solo eventi adronici nel segnale) 3.non più di 4 jets con p T >20 GeV e |  | < 3.2 (per contrastare il fondo tt) 4.almeno 1 jet b-tagged (segnale bbA) 5.energia mancante E T miss >65 GeV  tra i candidati  145° <  < 172° (per contrastare i fondi QCD e Z+jet) 7.massa trasversa m T < 50 GeV (per contrastare i fondi W+jet) 8.massa ricostruita del bosone A secondo e m A -  < m A < m A + 

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato25 Variabili notevoli (segnale)

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato26Risultati Efficienza 0.5%Nessun evento di fondo Statistica insufficiente per trarre delle conclusioni (nonostante lo sforzo di calcolo), a causa della sezione d’urto dei fondi rispetto al segnale. Risultati promettenti.

ATLAS Fabrizio Ferro – Tesi di Dottorato27Conclusioni VertexingIl lavoro di implementazione nell’ambito del software offline di ATLAS ha portato alla creazione di un package di vertice (Vertexing) dalle buone prestazioni. identificazione di Lo strumento è stato utilizzato per realizzare un algoritmo di identificazione di  a 3-prong che ha portato un contributo (aggiuntivo rispetto all’identificazione 1-prong già esistente) di ~10% in efficienza. canale A Il canale A  (m A = 800 GeV e tan  = 40) è stato studiato sulla base di precedenti lavori, implementando l’identificazione dei . Un’elevata quantità di dati simulati è stata prodotta. risultati promettentiI risultati, sia pur non conclusivi a causa della statistica insufficiente, sono promettenti.