Marina Cobal INFN Gruppo Collegato and Università di Udine CSN1 – Bologna– 23-24 Maggio 2011.

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1 Marina Cobal INFN Gruppo Collegato and Università di Udine CSN1 – Bologna– 23-24 Maggio 2011

2 ATLAS in numeri 2011 15 articoli pubblicati (3 editori) 1 di performance 6 articoli accettati (1 editore) 11 articoli inviati a rivista (2 editori) 74 CONF note pubbliche 2010 11 articoli pubblicati (3 editori) 8 di performance 102 CONF note pubbliche 2 Nota: una lista completa dei risultati è nel sito : https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view /AtlasPublic https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view /AtlasPublic

3 Luminosità 3 2010 / 2011 (today) @ √s = 7 TeV ~ 900 pacchetti L ~ 2x10 32 / ~ 1,1x10 33 cm -2 s -1 ∫Ldt ~ 46 / ~ 381 pb -1 2010 / 2011 (today) @ √s = 7 TeV ~ 900 pacchetti L ~ 2x10 32 / ~ 1,1x10 33 cm -2 s -1 ∫Ldt ~ 46 / ~ 381 pb -1 2010 ATLAS recorded 45 pb -1 World record!! 2011 ATLAS recorded 337 pb -1 + 44 pb -1

4 Incertezza sistematica attuale non molto diversa da quella del 2010 Correggere per la presenza di fondo e comprendere la dipendenza da   La precisione del 2010 sembra raggiungibile Deve migliorare la conoscenza della corrente di bunch Leader: Bologna

5 Stato del trigger Rate attuale ~300 Hz: Egamma Muons JetTauEtmiss Egamma (100 Hz), Muons (80 Hz), JetTauEtmiss (120 Hz) MinBias, Background, Express… Riduzione del rate programmata attraverso diverse strategie Rimozione dei trigger dedicati per analisi specifiche In ordine di priorita’ Riduzione margini su tagli EF Indurimento dei tagli Adattamento algoritmi al pileup Aumento del rate di progetto 200 Hz -> 400 Hz Compressione dati raw Apr 19 Apr 24 Apr 28 May 3 2010

6 Contributi italiani al trigger Livello 1 Attivita’ concentrata su muon barrel Completamente italiana Trigger muoni Ottimizzazioni algoritmi HLT Performance e validazione B-jet Trigger specifici per particelle lente Validazione del trigger di muoni L1/L2/EF Team completamente italiano Studi estensivi di performance Sia livello 1 che HLT Bologna, Lecce, Napoli, RomaI, RomaII, + 1 RomaIII Lecce, Napoli, RomaI Genova Cosenza, RomaI Lecce, RomaI, + 1 RomaIII Bologna, Genova, Lecce, Napoli, RomaI, + 1 RomaIII

7 7 Rivelatore general purpose Design ottimizzato per una buona performance all’ LHC Il rivelatore ATLAS Quasi 100% del rivelatore operazionale

8 Ricostruzione di elettroni e muoni 8 Muoni : eccellente risoluzione in M  (@Z peak: barrel 1.8%, endcap 3%) Elettroni : buona risoluzione e linearità fino a bassi p T Frascati, Roma I, II, III Milano, Roma I Produzione inclusiva di leptoni ATL-COMP-PHYS-2011-159 ATL-COM-PHYS-2011-356 Canale  tutto italiano: Frascati, Pavia, Roma III

9 Ricostruzione di getti e Missing ET 9 Getti : incertezza sulla scala di energia: 2-4% per p T > 20 GeV Missing E T : testata su ampio intervallo di ∑E T Esempio di un punto di lavoro: efficienza 40-60% per un rate di mistag pari a 0.2-1% b-tagging: Genova Leader: Milano Frascati Leader: Pisa

10 Fisica del b 10 Pubblicazioni o Measurement of the differential cross-sections of inclusive, prompt and non-prompt J/ψ production in proton-proton collisions at √s = 7 TeV Sub. to Nuclear Physics B (15 April 2011) o Measurement of the centrality dependence of J/ψ yields and observation of Z production in lead- lead collisions with the ATLAS detector at the LHCPhys Lett. B697 (2011) 294-312 Analisi in corso sui dati 2010/2011:  Lifetime inclusiva (ConfNote->paper)  B s →μμ (paper)  Misura della polarizzazione J/ ψ (paper)  b/c → D(*) μ (paper) Bologna, Genova, Lecce, Napoli, Roma I

11 11 Evidenza per pp→WW→lνlν W/Z sezione d’urto inclusiva 3σ significance ATLAS-CONF-2011-041 - ATLAS-CONF-2011-015 NLO prediction: 44.9±2.2 pb Misure Modello Standard Z->  prevalentemente italiana Bologna, Frascati, Pavia, Roma I, II Anche: Z-> , W->  Milano

12 Misure Modello Standard 12 Jets W/Z+getti Fondo dominante per top, Higgs e SUSY... ATLAS-CONF-2011-043 - ATLAS-CONF-2011-013 Leader: Pisa Summer 2010 Winter 2011

13 13 Fotoni Buon accordo dati-teoria (NLO) in 0<| η |<2.37 ATLAS-CONF-2011-058 Produzione inclusiva fotoni prompt isolati Top quark Canale single lepton, dilepton, all hadronic Accordo eccellente con le previsioni MS ATLAS-CONF-2011-034 - ATLAS-CONF-2011-035 ATLAS-CONF-2011-040 - ATLAS-CONF-2011-035 Misure Modello Standard Leader: Bologna, Milano, Udine Milano Anche: M top (single lepton), Single top, FCNC, M tt, W-helicity In arrivo anche la  diff per difotoni

14 14 Nei ~40 pb -1 di dati raccolti nel 2010 ATLAS è riuscita a misurare la maggior parte dei processi MS La sensibilità all’ Higgs si avvicinerà ai valori SM nei prossimi mesi M H intermedia Alta M H Bassa M H Statistica richiesta Misure Modello Standard

15 Produzione Higgs @LHC 15 Gluon Fusion: - conosciuta al NNLO - dominante, ma grande incertezza~O(15%) a causa delle correzioni per processi originagti da gluone Vector Boson Fusion: - conosciuta al NLO, teoria O(5%) - segnatura sperimentale: 2 getti in avanti, gap in rapidità Produzione associata: piccola x-section/fondo alto Nota: incremento dei rate atteso in modelli BSM Range di massa da basso a intermedio -  : molto pulito, piccolo BR - WW → 2l+MET: molto sensibile, meno preciso - ZZ → 4l: meno sensibile, più pulito -  : particolari canali di produzione, come VBF - bb: alto fondo da QCD, meglio produzione associata Range di mass intermedio-alto: sensibili: ZZ and WW

16 M H intermedia: H → WW → l  l  Segnale abbondante e chiara segnatura Canale più sensibile nel range: 130-190 GeV/c 2 Fondi: WW, di-bosons (WZ/ZZ/W  ), W/Z+getti, DY, top, QCD Preselezione comune: 0/1-jet : canali più puri (meno contaminati da fondo di top), ottimizzati per gluon-fusion 2-jet : atteso un piccolo segnale, ottimizzato per VBF (tag di getti in emisferi opposti, gap in rapidità) 16 - 2 leptoni ad alto p T isolati [QCD, W+Jets] -Limite inferiore su M ll per ridurre risonanze a bassa massa -Z veto (|M ll -M Z | >10 GeV) [DY] -MET [DY] -Taglio in Δ ϕ ll [WW] Analisi esclusiva nella molteplicità dei getti ATLAS-CONF-2011-005

17 H → WW → l  l  : stima dei fondi Fondi principali valutati in regioni di controllo, quindi estrapolati alla regione di segnale Dai dati stima di ogni contributo di fondo Contaminazione da fondi diversi nelle varie regioni di conrollo, presa in considerazion 17 -Fondo WW dalla banda alta di M ll : - Top: campione arricchito in ttbar (con b-tagging) per valutare l’ efficienza del jet-veto. -W+jets: cinematica da campione di controllo con tagli laschi su lept- ID -Probabilità di un leptone fake da un campione indipendente jet- trigger -Fondo Z+jets usando il metodo ABCD nel piano M ll - MET ATLAS-CONF-2011-005

18 H → WW → l  l  : Risultati 18 ATLAS esclude un Higgs MS a 160 GeV/c 2 prodotto con una sezione d’urto 1,2 x quella del MS ATLAS-CONF-2011-005 Analisi ottimizzata in ogni jet-bin e per ogni ipotesi di massa Osservabile discriminante: massa trasversa 0-Jets1-Jet2-Jets Data310 BG1.8±0.11.2±0.10.02±0.01 Higgs1.26±0.020.6±0.01 0-jets 1-jets Roma III Es:M H = 170 GeV

19 19 H → ZZ (*) → 4l Piccolo BR, ma canale molto pulito Effetto pileup meno importante Selezione Due coppie di leptoni di segno opposto(e, μ ) pT>7(15) GeV for μ (e), >=due leptoni pT>20 GeV Isolamento di traccia e nel calorimetro Significanza IP Z 1, Z 2 and finestra di massa dei 4 leptoni ZZ è il fondo principale: Studiato usando Z → ll (~25% error) Signal M H =200 GeV BackgroundData 0.095±0.0170.410 Eventi dopo la selezione Non molto sensibile nel 2010 Esclusione: ~25 volte il MS 200 GeV Sarà cruciale nel 2011-2012 Roma II

20 M H : H → ZZ → ll(qq/  ) Topologia meno chiara rispetto ai 4 leptoni, ma BR ~27 volte maggiore Più sensibile del 4l a grandi M H (il fondo da W/Z+getti diventa piccolo) 20 Se il canale ll  ha un S/B migliore, llqq ha una migliore risoluzione in massa usando il constraint della massa dello Z (ma a masse dell’ Higgs molto alte, entra in gioco la larghezza naturale dell’ Higgs ) ATLAS-CONF-2011-026 Preselezione comune con ll  : -2 leptoni con pT>20 GeV -76 < M ll < 106 GeV Selezione - ETmiss < 50 GeV -Almeno 2 getti, I due con pT più alto con 70<m jj <105 GeV Z boost per M H >360 GeV - Δφ ll e Δφ jj < π/2 - p T (jet) > 50 GeV

21 Alta M H : H → ZZ → ll(qq/  ) 21 Nessun eccesso osservato nei dati Analisi ottimizzata per le regioni ad alta e bassa massa ATLAS-CONF-2011-026 La combinazione dei due canali limita la sezione d’urto a ~10x σ SM Napoli, Pavia, Roma I, Fondi: -Z+getti: Normalizzazione del MC studiata con le bande laterali di m jj - QCD eeqq channel: template da campioni di controllo, con tagli su lepton-id laschi, determinati da campioni di getti esclusivi e a due getti. - QCD  qq channel: trascurabile (studiato con eventi SS) - tt: da MC, shape e normalizzazione studiate dalle bande laterali M ll, cambiando il taglio in E tmiss -- ZZ,WZ: da MC

22 anche: H → WW → l  qq Canale più sensibile per M H >400-500 GeV 22 cross section limits at ~10÷20 x σ SM ATLAS-CONF-2011-052

23 Bassa M H : H →  Nonostate il basso BR (~0.2%) H →γγ ha il segnale più alto a bassa M H @7 TeV attesi 25 eventi/fb -1 (trigger&efficienze incluse) 23 Fondi :  irriducibile  -getto, di-getto - risoluzione in massa, ID-fotoni, isolamento Il MS preferisce un Higgs leggero (M h <158 GeV) Richieste sperimentali: - Eccellente risoluzione in massa - Conoscenza del materiale davanti al calo - Ricostruzione precisa del vertice primario - Puntamento del fotone, riconoscimento delle conversioni ATLAS-CONF-2011-025

24 H →  : risultati 24 Fondi stimati dai dati Limite di esclusione: 8 x σ SM (M H =127 GeV) 38 x σ SM (M H =116 GeV) Sensibilità vicina agli attuali limiti di Tevatron ATLAS-CONF-2011-025 Milano

25 H →  : Update 2011 25 ATLAS-CONF-2011-071 2010+2011 2011

26 SUSY Higgs: h/H/A →  26 Settore Higgs MSSM: h, H, A, H +, H -, 2 parametri M A, tan  livello di Born L’accoppiamento di Higgs con b, e  aumenta per alti tan  ⇒ ricerca per: h →  → l  had 3  Fondo principale: Z → , top, W+getti, Z → ll, QCD, multigetti Tecniche data-driven per la previsione dello spettro M  (visibile) ATLAS-CONF-2011-024 Spettro di massa visibile dopo tutti i tagli Limiti nel piano (M A,tan β ) Data Total BG Z   W+jets h/H/A tan  =40 M A =120GeV 206207±6101±467± 352 ±1 Espande regione esclusa da Tevatron

27 Ricerche SUSY in ATLAS Strategia di rierca adottata da ATLAS nel 2010: Cercare un ampio spettro di segnature generiche Non perdere nuova fisica se non è come la aspettiamo Interpretare i limiti in modelli specifici o in spazi fenomenologici definiti dalle masse delle nuove particelle. R-parità conservata: LSP stabile → Missing E T (MET) Getti + MET + 0/1/2/3 leptoni b-getti+ MET di-leptoni + MET Ricerche non basate sulla MET : Ricerche di particelle a lunga vita media Risonanze e  27

28 Jets+MET+ 0/1 Leptons 28 0-leptoni Misura “cut&count” 1-leptone Maggior fondo, maggior segnale Grande MET > 500 GeV arXiv:1102.2357 - arXiv:1102.5290 - ATLAS-CONF-2011- 064 squarks e gluini di massa uguale esclusi sotto 815 GeV. Most general search for pair production of colored particles decaying to a Dark Matter candidate. Risultato combinato interpretato nel contesto mSUGRA/CMSSM

29 di-lepton + MET Eventi a due leptoni opposite-sign (OS) e same-sign (SS) con grande MET Leptoni OS : - MET > 150 GeV - Fondi principali: top e Z+jets Leptoni SS : - MET > 100 GeV - La produzione di leptoni SS nel MS è molto rara: fondo principale da leptoni fake. Entrambe le analisi sono inclusive in jets (nessuna richiesta) 29 OS SS Entrambe consistenti con il MS arXiv:1103.6208 - arXiv:1103.6214 Leader: Lecce, Pavia, Milano, Udine

30 di-lepton + MET: flavor subtraction Nell’analisi di leptoni OS, il fondo da MS può essere ulteriormente ridotto usando la tecnica detta di “flavor subtraction” : Le sorgenti di fondo da MS possiedono generalmente uguali BR di decadimento in coppie di leptoni di segno identico o diverso (eccetto I leptoni da  ) Si sottrae e  da ee+  → il fondo SM si cancella al primo ordine dopo aver preso in considerazione le correzioni per l’accettanza (  ) e le differenze in efficienza tra elettroni e muoni (  e   ) 30  SM = 2.06 ± 0.79 (stat) ± 0.78 (sys)  obs = 1.8 ± 0.15 ( β ) ± 0.02 ( ε e ) ± 0.06 ( ε μ ) arXiv:1103.6214

31 Limiti precedenti sgluino muon signature: 398/397 GeV (CMS/Tevatron) sgluino muon-spectrometer agnostic: 311 GeV (CMS) sbottom: 92 GeV (LEP), stop: 249 GeV (CDF), Particelle a lunga vita media SUSY con piccola Δ M e/o RPV couplings deboli può dar luogo a sparticelle a lunga vita media. Segnature comuni largamente “model independent” - Particelle cariche pesanti e lente, con alto p T, grande dE/dx e lungo TOF - Particelle neutre a vita media lunga (Hidden Valley) Es: sparticelle colorate che adronizzano in R-adroni (gqq, gg,...) 31 ~ ~ R-hadronMass Limit [GeV] sbottom294 stop309 gluino562-586 95% CL R-hadron mass limits Leader: Genova Studio nel 2010 basato su Tile e Pixel (ArXiV:1103.1984) : sensibilmente migliorati i limiti per la scoperta di R-hadroni.ArXiV:1103.1984 Proposta analisi basata solo sui Pixel : maggiore apertura a diversi scenari di fisica, maggiore accettanza geometrica, minore sensibilità alla maggiore occupanza e a 50 ns distanza tra i bunch Cosenza, Roma I

32 Esotici Largo spettro di ricerche di fisica oltre il MS aperte dal nuovo regime di energia ancora inesplorato aperto da LHC di-getti: stati di quark eccitati, axigluoni, buchi neri quantistici di-leptoni: Z ’, compositeness, gravitoni R-S, ED, TC, QBH di-fotoni: gravitoni R-S, UED Nuovi bosoni di gauge: Z ’,W ’ Particelle pesanti a vita media lunga altamente ionizzanti Leptoquarks 32

33 Risonanze nello spettro di due getti Confrontare la massa invariante di due getti e la loro distribuzione angolare rispetto a QCD Getti con impulso trasverso fino al multi-TeV p T del leading jet > 150 GeV, 2 nd > 30 GeV Ricerca di picchi in M jj e di deviazioni dalla QCD nella variabile angolare di di-getti χ = exp(|y 1 -y 2 |) collegata all’angolo polare di scattering nel sistema di riferimento del CM dei due partoni 33 arXiv:1008.2461 (PRL.105.161801) - Phys.Lett. B694 (2011) 327-345 - arXiv:1103.1391

34 Bosoni di gauge extra: W ’ 34 M W’ > 1490 GeV @95% CL M W* > 1350 GeV @95% CL Sensibile anche a bosoni carichi chirali arXiv:1103.1391 Ricerche dirette per W ’ -> l  nell’ambito del Sequential Standard Model Stesso accoppiamento che nel MS, larghezza scala lineramente con la massa Ricerca di anomalie nello spettro di massa trasversa Fondi: W, Z, Top Selezione: P T leptone > 25 GeV e MET > 25 GeV

35 Bosoni di gauge extra: Z ’ 35 Consistente con il MS 95% CL Limits ObservedExpected SSM Z ’ 1.048 TeV1.088 TeV Z’*Z’*1.152 TeV1.185 TeV arXiv:1103.6218 - arXiv:1103.3864 - arXiv:1104.4398 Ricerca di risonanze dileptoniche che decadono in ee e  Attese in molti modelli di nuova fisica: sequential SM Z’, string inspired E6 models, techni-mesons, R-S gravitons. Assunzioni: larghezza intrinseca stretta Selezione: 2 lep. isolati, E T >25 GeV Fondi: DY, W/Z, top (con MC), QCD

36 Sommario e prospettive future 36 ATLAS ha già prodotto risultati di alta qualità, competitivi con quelli degli altri esperimenti in presa dati, con qualche decina di pb-1 Ci si aspetta O(1-3) fb -1 di dati nel 2011, e ancora più nel 2012 -> pieno accesso alla scala Multi- Tev Presenza italiana importante nelle analisi di punta e anche a livello di editing e editorial board degli articoli prodotti