Massimiliano Chiorboli

Presentazione sul tema: "Massimiliano Chiorboli"— Transcript della presentazione:

1 Massimiliano Chiorboli
Ricerca di particelle supersimmetriche con l’apparato CMS al Large Hadron Collider Massimiliano Chiorboli

2 Massimiliano Chiorboli
Sommario Necessità di andare oltre il Modello Standard Supersimmetria: introduzione teorica Ricerche passate Supersimmetria e cosmologia Supersimmetria e g-2 del muone Ricerche future: il Large Hadron Collider e CMS Massimiliano Chiorboli

3 Modello Standard Simmetria SU(3)C  SU(2)L  U(1)Y, rotta spontaneamente Z e W massivi 3 famiglie di quark e leptoni (neutrini solo left-handed) solo interazioni rinormalizzabili (gauge + yukawa) bosone di Higgs Ma non e’ una Teoria del Tutto ! Massimiliano Chiorboli

4 Massimiliano Chiorboli
Problema gerarchico SM GUT Regolazione fine: Innaturale Teoria efficace: caso di bassa energia di una teoria più estesa Massimiliano Chiorboli

5 Massimiliano Chiorboli
Soluzioni… Nel caso dei fermioni la simmetria chirale “protegge” le particelle dalla divergenza: Si raddoppia il numero di gradi di libertà: FERMIONI BOSONI Massimiliano Chiorboli

6 Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM)
Fermioni: quark, leptoni  s = ½ Bosoni di Gauge: W±, Z0, g,gluoni  s = 1 Higgs  s = 0 Sfermioni: squark, sleptoni  s = 0 Gaugini: Wino, Zino, fotino, gluino  s = 1/2 Higgsini  s = 1/2 R = +1 R = -1 si mescolano, e nello spettro fisico Massimiliano Chiorboli

7 Lightest Supersymmetric Particle (LSP)
Se R si conserva: sparticelle in coppia sparticella  sparticella + particelle LSP stabile La LSP deve interagire solo debolmente Se la LSP avesse carica elettromagnetica o forte, condenserebbe in materia ordinaria, e si mostrerebbe sotto forma di isotopi anomali. Neutralino: Massimiliano Chiorboli

8 Topologie a R conservata
leptoni ad alto pT jet ad alto pT energia trasversa mancante Massimiliano Chiorboli

9 Supergravita’ mSUGRA minimal SUper GRAvity m0 m1/2 A0 sign m tan b
Il MSSM dipende da 124 parametri liberi mSUGRA minimal SUper GRAvity Teoria globale Teoria locale m0 m1/2 A0 sign m tan b Massimiliano Chiorboli

10 Ricerca di particelle supersimmetriche
Diversi esperimenti hanno effettuato ricerche di particelle supersimmetriche: LEP, CDF, D0, HERA... Canale di ricerca topologia  selezione degli eventi leptoni pT > pTcut jet pT > pTcut Etmiss > (Etmiss)cut eccesso rispetto allo SM Limiti inferiori sulle masse Nessuna evidenza Massimiliano Chiorboli

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Limiti sulle masse CDF: sbottom L3: selettrone ALEPH: chargino Massimiliano Chiorboli

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Limiti sui parametri Teoria LEP1 Chargini Sleptoni Higgs Massimiliano Chiorboli

13 e' una teoria molto accreditata
Nonostante non si sia vista alcuna evidenza... La Supersimmetria e' una teoria molto accreditata Perche' ? Massimiliano Chiorboli

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Motivazioni teoriche Unificazione delle coupling constant... Massimiliano Chiorboli

15 Motivazioni Teoriche (II)
…rottura della simmetria EW SM Introduciamo un campo scalare f: MSSM Abbiamo dei campi scalari (squark, sleptoni, higgses…), che hanno massa m0 a 1016 GeV. Runnando le masse fino a scala elettrodebole: Massimiliano Chiorboli

16 Cosmologia: materia oscura
Sistema Solare Galassie per la materia visibile: dalle misure sulle fluttuazioni del fondo a microonde dalla Big-Bang Nucleosynthesis Se si ha una LSP stabile, questa potrebbe rappresentare la soluzione al problema della materia oscura Massimiliano Chiorboli

17 Cosmologia: materia oscura
Si cerca di osservare gli scattering dei neutralini con i nuclei di un rivelatore Il segnale è un effetto di modulazione annua del rate dovuto al moto relativo della Terra rispetto all’alone di WIMPs Massimiliano Chiorboli

18 Evidenze di SUSY da misure di g-2 del m
Massimiliano Chiorboli

19 Evidenze di SUSY da misure di g-2 del m
Esperimento E821 al Brookhaven National Laboratory Massimiliano Chiorboli

20 Evidenze di SUSY da misure di g-2 del m
Spiegazione di questa discrepanza: fluttuazione statistica probabilità 0.9% struttura del m: non osservata in processi con m più energetici (HERA, LEP); extra dimensions (effetti troppo piccoli) correzioni adroniche poco accurate supersimmetria Massimiliano Chiorboli

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Ricerche future: LHC Massimiliano Chiorboli

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CMS Massimiliano Chiorboli

23 Ricerca di sparticelle a CMS
Simulazioni per studiare le capacità del rivelatore a “vedere” fenomeni supersimmetrici Regioni dello spazio dei parametri in cui si apprezza l’eccesso rispetto allo SM (scoperta della supersimmetria); Misurato l’eccesso, ricostruire i picchi di massa delle superparticelle (ricostruzione dello spettro) Massimiliano Chiorboli

24 Scoperta della supersimmetria
Selezione degli eventi Canale (es. squark-gluino) Conteggio Massimiliano Chiorboli

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Contorni 5s Massimiliano Chiorboli

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Previsioni… Massimiliano Chiorboli

28 Ricostruzione dello spettro
CMS è in grado di scoprire le supersimmetrie entro un ampio range di parametri. Ma è in grado di ricostruire lo spettro? Eccesso rispetto allo SM Sparticelle: massa, carica, accoppiamenti… Fissare un punto dello spazio dei parametri Ricavare informazioni sullo spettro Ricostruire le superparticelle Massimiliano Chiorboli

29 Ricostruzione di sparticelle
Massimiliano Chiorboli

30 Proposed Post-LEP Benchmarks for Supersymmetry (hep-ph/0106204)
g 643.3 tL 412.5 bL 522.5 tR 600.5 bR 549.7 c40 379.1 qL 570 c30 358.8 qR 549 c20 186.8 lL 211.4 c2± 379.7 lR 145.8 c1± 186.0 c10 = LSP 99.6 Massimiliano Chiorboli

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Catena di decadimento (26 %) (35 %) (0.2 %) (60 %) p b Fondi SM: tt, Z+jet, W+jet, ZZ, WW, ZW Stato finale dell’evento:  2 leptoni isolati OS ad alto pT  2 b-jet ad alto pT missing Et 10 fb-1   6 mesi di run Massimiliano Chiorboli

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b-tagging Elettroni  calorimetro elettromagnetico Muoni  camere per muoni Massimiliano Chiorboli

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Decadimento del p b SUSY Massimiliano Chiorboli

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SUSY + SM tt Z+jet W+jet Massimiliano Chiorboli

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Risultato del fit: Valore generato: Massimiliano Chiorboli

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p b Assumendo Mc nota Massimiliano Chiorboli

38 Ricostruzione dello sbottom
p b Etmiss > 150 GeV Massimiliano Chiorboli

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Risultato del fit: Masse generate: Massimiliano Chiorboli

40 Decadimento dello sbottom
Risultato del fit: Massimiliano Chiorboli

41 Ricostruzione del gluino
p b Etmiss > 50 GeV Etmiss > 100 GeV Etmiss > 150 GeV Massimiliano Chiorboli

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Result of fit: Generated mass: Massimiliano Chiorboli

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Riduzione del fondo Massimiliano Chiorboli

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sbottom gluino Massimiliano Chiorboli

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non dipende da M(c10) ! Massimiliano Chiorboli

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Risultato del fit: Massimiliano Chiorboli

47 Informazioni ottenute
Indipendentemente da Massimiliano Chiorboli

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Conclusioni CMS è in grado di coprire quasi interamente lo spazio dei parametri mSUGRA previsti per una scala del TeV Se la supersimmetria è vera, la sua scoperta è altamente probabile CMS, in alcune regioni dello spazio dei parametri è in grado di ricostruire i picchi di massa di alcune superparticelle e di ricavare sperimentalmente informazioni su parte dello spettro Work in progress… Massimiliano Chiorboli