Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 1 Ricerche di supersimmetria con ATLAS T. Lari (INFN Milano)

Presentazione sul tema: "Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 1 Ricerche di supersimmetria con ATLAS T. Lari (INFN Milano)"— Transcript della presentazione:

1 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 1 Ricerche di supersimmetria con ATLAS T. Lari (INFN Milano)

2 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 2 Argomenti proposti I 4 scenari indicati da R. Barbieri a Perugia come particolarmente interessanti per la prima fase di funzionamento di LHC: mSUGRA (segnatura: getti+EtMiss+X) Argomento principale trattato nella mia presentazione Gluino/stop decays (Segnatura: 4 top+particelle invisibili) Coperto dalle ricerche inclusive (getti+EtMiss+X) di cui parlero’ per mSUGRA Nessuna analisi dedicata (con b-tagging e ricostruzione esplicita del decadimento adronico dei 4 top) R-hadrons (Segnatura: “muoni pesanti” esotici) Trattato verso la fine di questa presentazione Gravitino leggero (Segnatura: getti+EtMiss+fotoni) Scenario molto studiato in ATLAS, “facile” da scoprire, ma non trattato nella mia presentazione

3 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 3 Schema della presentazione Eventi di supersimmetria ad LHC –Sezioni d’urto di produzione, topologia dello stato finale, strategie di ricerca –Enfasi sulle topologie di segnale di mSUGRA Commissioning del rivelatore (cenni) –Cose da capire prima di iniziare le ricerche di susy Stima dei fondi ai canali di ricerca Tagli e risultati aspettati dai vari canali di ricerca Contributi italiani alle analisi descritte Nuove particelle (meta)stabili fortemente interagenti Seguendo l’ordine temporale degli avvenimenti… Mi concentrerò su risultati con L = 10 33 cm -2 s -1 e  L dt = 1 fb -1

4 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 4 Quarks, leptoni, neutrini (spin 1/2) W, Z, gluino (spin-1) Higgs (spin-0) Squark, sleptoni, sneutrini (spin-0) Wino, zino, gluino (spin 1/2) Higgsino (spin ½) Almeno 2 doppietti di Higgs → 5 bosoni di Higgs Mescolamento di Wino, Zino, Higgsino → 4 chargini e 4 neutralini Particelle SUSY non osservate → pesanti → simmetria rotta Termini di massa di particelle SUSY nella lagrangiana ammessi. Nel caso piu’ generale 105 parametri liberi con il contenuto di campi minimale (MSSM) Modelli con assunzioni sulla struttura dei termini di rottura SUSY hanno pochi parametri. La Supersimmetria SUSY R=+1 R=-1

5 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 5 Sezioni d’urto di produzione È molto probabile che se SUSY esiste, la sezione d’urto di produzione ad LHC sarà dominata da coppie di squark o gluini Analisi mirate alla produzione diretta di neutralini e chargini (nel canale con tre leptoni isolati) non trattate in questa presentazione In modelli con R-parità conservata le particelle SUSY sono prodotte in coppia e quella più leggera è stabile. Lo spettro di massa dipende dai parametri del modello, la sezione d’urto in funzione della massa assai meno

6 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 6 Segnatura l q q l g ~ q ~ l ~  ~  ~ p p R-parità → la particella SUSY più leggera è stabile. Il decadimento di squark ed gluini nel neutralino più leggero produce uno stato finale con getti energetici, energia mancante (i due neutralini) ed eventualmente leptoni, tau, b-getti a seconda delle catene di decadimento Se il gravitino è la particella più leggera ed il neutralino decade in gravitino+fotone dentro il rivelatore, si hanno in aggiunta due fotoni energetici Particelle metastabili cariche e fortemente interagenti in alcuni scenarii Tau scalare che può decadere solo in gravitino, con vita media lunga Gluino quasi stabile se i quark scalari sono molto pesanti (>> TeV)

7 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 7 Canali di ricerca Dal punto di vista dell’esperimento, si definiscono dei canali di ricerca basati sulla topologia dello stato finale, con tagli inclusivi. EtMiss +(2-4)jets + no lepton EtMiss +(2-4)jets + 1 lepton EtMiss +(2-4)jets + 2 leptons EtMiss +(2-4)jets + 3 leptons EtMiss +(2-4)(b-)jets EtMiss +(2-4) jets +  EtMiss +(2-4) jets + 2  Aumenta la sensibilità a modelli con    → G  Metastable charged particles Metastable coloured particles Sensibili ai decadimenti di gluino e/o squark in neutralino o gravitino stabili Aumenta la sensibilità per modelli con getti del b e  nei decadimenti Ricerche dedicate per modelli (anche non-SUSY) con tali particelle

8 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 8 Discovery plot Il punto di arrivo delle analisi jet+E T Miss +X e’ un grafico di E T Miss oppure Il fondo è dovuto ad eventi con un neutrino energetico (tt, W+jets, Z+jets, bb, cc) oppure a fondo strumentale (fake E T Miss ). L’aspetto cruciale è la comprensione del rivelatore e del fondo di Modello Standard. Punti di benchmark mSUGRA utilizzati nella presentazione: “SU1” (scala di massa M ~ 750 GeV) “SU3” (scala di massa M ~ 620 GeV) “SU4” (scala di massa M ~400 GeV)

9 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 9 Calcolo di EtMiss Energia Trasversa Mancante = (-  Ex) 2 + (-  Ey) 2 EtMiss è dovuta a particelle non rivelabili in ATLAS (neutrini, lsp) Particelle fuori accettanza (copertura calorimetri: |  |  5) Altre particelle che arrivano nel rivelatore (cosmici,…) Energia persa nei materiali morti (cracks, criostati,…) Problemi nel rivelatore (canali morti, hot, noisy…) Rumore elettronico, interazioni sovrapposte (pileup) e/h Calorimeter non-compensation  Ex e  Ey sono calcolate sommando True EtMiss Fake EtMiss L’energia trasversa delle celle del calorimetro filtrate da un algoritmo per sopprimere il rumore calibrate con pesi che dipendono dall’oggetto cui appartengono (elettroni, fotoni, tau, getti, clusters non assegnati ad un oggetto) Una stima dell’energia persa nel criostato (tra calorimetro EM ed adronico) Il p T dei muoni ricostruiti

10 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 10 Commissioning rivelatore Effetti strumentali particolarmente critici (vanno capiti prima di poter effettuare una ricerca di supersimmetria): –Sorgenti di “fake E T Miss ” (vedi prossima trasparenza) –Efficienza, scala di energia e fake rate di elettroni e muoni –Scala di energia e risoluzione dei getti –Scala e risoluzione di E T Miss I canali con fotoni, tau o b-tagging richiedono anche la comprensione della ricostruzione/identificazione di questi oggetti Nel seguito assumerò che queste cose siano sotto controllo con errori sistematici noti

11 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 11 Commissioning E T Miss Rimozione delle code di E T miss attese nei primi dati Individuare celle calorimetriche malfunzionanti Scartare eventi di alone del fascio, cosmici, interazione beam gas, … Studiare la correlazione del vettore di E T miss con getti e muoni D0 data Successivamente: misura della scala e risoluzione di EtMiss dai dati Esempio: ricostruzione della massa Z →  con approssimazione collineare (boosted  : collineari con l’energia visibile dei  ) per calibrare la scala di E T miss. 100 pb -1

12 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 12 Stima degli effetti sistematici Jet energy scale and resolution: 10% EtMiss: recomputed after scaling or smearing jet energy Electron efficiency, resolution, and scale: 0.5%, 0.2%, and 1% Muon efficiency, resolution, and scale: 1%, 0.2%, 4% for p T < 100 GeV b-tagging efficiency: 5% Systematic errors for 1 fb -1 (current best guess from combined performance studies)

13 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 13 Stima dei fondi Per ogni canale, si sceglie una regione di controllo C, una di segnale S, e una tecnica di estrapolazione da C a S Le sistematiche da rivelatore e variazioni di “fisica” (generatore MC, pdf, …) sono applicate allo stesso tempo a C e S La massima discrepanza tra il fondo misurato e quello vero (e l’errore dovuto alla statistica Montecarlo limitata) viene assunto come errore sistematico sulla previsione del fondo Lo scopo di questi studi è sviluppare le tecniche di stima dei fondi e valutare l’incertezza che avremo sui fondi con una certa luminosità integrata. Da non confondersi con l’incertezza sulla previsione MC dei fondi attuale (molto maggiore) Per molti canali avremo due o più tecniche indipendenti per la previsione del fondo, aumentando notevolmente la fiducia nella solidità dei risultati coi dati.

14 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 14 Esempio: 1-lepton mode Tecniche studiate per la stima del fondo nel canale con 1 leptone: Stima W,tt rovesciando il taglio su M T Trattato nel seguito Stima tt semileptonico mediante ricostruzione della massa del top Stima tt dileptonico (con un leptone perso) usando un campione con 2 leptoni Stima tt dileptonico usando la variabile HT2 = p T 2nd jet + p T 3rd jet +p T 4th jet + p T lepton Stima di tt sostituendo un campione di top ricostruiti con decadimenti MC. Stima di W e tt con un fit combinato di campioni di controllo Regione segnale: 1 elettrone o  isolato con p T >20GeV E T Miss > max(100 GeV, 0.2M eff ) 1 getto con p T > 100 GeV 4 getti con p T > 50 GeV M T (l,E T miss ) > 100 GeV Fondo principale tt W+getti anche importante

15 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 15 Campioni di segnale e di controllo La forma della distribuzione di E T Miss è la stessa (per il fondo) nella regione di controllo (M T 100 GeV) Stima della forma di E T Miss per il fondo dal campione di controllo (M T <100GeV) Normalizzazione al campione di segnale per 100 GeV < E T Miss < 200 GeV MT Missing ET or Meff signal region control sample extrapolate

16 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 16 Stima del fondo In assenza di segnale il fondo e’ stimato con una precisione migliore del 20%, incluse le incertezze sistematiche sulla risposta del rivelatore e sui processi di produzione di W, Z, e top. Le altre tecniche di stima del fondo forniscono in genere precisioni analoghe

17 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 17 In caso di segnale… In presenza di segnale si ha una contaminazione dei campioni di controllo ed una sovrastima del fondo. Il segnale resta comunque visibile. Stabilita la presenza del segnale è possibile correggere questo effetto (per misurare la sezione d’urto) assumendo una distribuzione piatta di M T del segnale (buona aprossimazione)

18 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 18 Stima di Z( )+getti Importante per il canale a 0 leptoni. Due metodi: –Sostituire i due leptoni di Z(ll)+getti con EtMiss per prevedere Z( )+getti, con correzioni per l’accettanza, il BR, e le efficienze di trigger/selezione dei due leptoni. L’incertezza dominante e’ quella statistica. –Usare il MC, ma avendo fissato i parametri MC in modo da riprodurre la normalizzazione di Z(ll)+getti osservati

19 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 19 Stima del fondo QCD Parte gaussiana di risoluzione dei getti misurata con  +getti o Z+getti Code misurate con eventi con EtMiss allineata con un getto Il metodo e’ sensibile sia a getti misurati male sia alla presenza di neutrini dal decadimento di mesoni B, D Il fondo e’ poi stimato da un campione generico di getti (senza E T Miss ) smeared secondo la distribuzione di risoluzione misurata

20 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 20 Stima dei fondi (riassunto) Un grosso sforzo e’ stato fatto negli ultimi due anni per sviluppare tecniche di stima dei fondi SUSY dai dati Gli studi effettuati indicano che dovrebbe essere possibile conoscere il fondo da top, W e Z con una precisione del 20% circa ed il fondo QCD con una precisione del 50% circa con 1 fb -1 di dati. Questi numeri sono stati utilizzati nell’ottimizzazione dei tagli per le ricerche susy e nella rivalutazione del potenziale di scoperta (vedi prossime slides)

21 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 21 Ricerche: canale 1 leptone

22 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 22 Ricerche: 2 leptoni segno opposto Segno opposto (OS) –sfrutta decadimenti del tipo    →     l + l - nel segnale oltre a eventi con due decadimenti leptonici indipendenti –Questo decadimento è il punto di partenza di molte delle tecniche di ricostruzione delle catene di decadimento Supersimmetriche –Questo canale vede il coinvolgimento di diversi gruppi italiani (Milano, Pavia, Lecce, Napoli)

23 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 23 Segno opposto (I) Due leptoni di segno opposto, pT > 10 GeV Un getto con pT > x, 4 getti con pt>50GeV EtMiss > x, EtMiss > 0.2 Meff Transverse sphericity ST > 0.2 Fondo principale (> 95 %) tt

24 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 24 Sottrazione di sapore Se i due leptoni vengono decadimenti indipendenti e + e -,     = e+  -,  + e - Per misurare la distribuzione da  →  ll si usa quindi  N(e + e - ) + (1/  ) N(  +  - ) - N(e +  - ) - N(e -  + ) dove  e) [misurabile con la Z] Il maggior parte del fondo di Modello Standard non contribuisce! Z(ll)+getti, ZZ, ZW, ci si attende siano molto minori del fondo tt. Oltre che per misure legate al decadimento del neutralino, si puo’ usare questa distribuzione come canale di ricerche Non conveniente considerando i soli errori statistici (sottraiamo il combinatorio SUSY…) La maggior parte degli errori sistematici sul fondo si cancellano nella sottrazione

25 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 25 Ricerca inclusiva 4 getti+E T miss +2l con sottrazione di sapore Dopo la scoperta, si puo’ passare alla misura del massimo nella massa invariante dei due leptoni. Nota: tagli riottimizzati per massimizzare l’eccesso di eventi con lo stesso sapore e m ll < m ll max +10GeV. Massimi o minimi cinematici osservabili con 1 fb -1 per SU3 anche in combinazioni leptoni+getti, , e getti+missEt SU3 1 fb -1

26 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 26 Potenzialita’ di scoperta Il potenziale di scoperta (5  per 1 fb -1, inclusi sistematici) copre la regione m(q) < 1400 GeV e m(g) < 600 GeV Senza tentare di combinare i canali Potenziale di scoperta simile in altri modelli A meno che m(g/q)-m(  ) << m(  ) ~ ~ ~~

27 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 27 Attività SUSY in Italia La comunità italiana è attiva nell'ambito degli studi di supersimmetria da sempre Misura di massa delle particelle SUSY Legami con la cosmologia Misure di spin Strategie di ricerca e misure per nuovi scenarii Recentemente il numero di istituti coinvolti è aumentato. Attività attuali: Canale 2 leptoni+getti+EtMiss (Milano, Pavia, Lecce e Napoli, in collaborazione) Canale “stop leggero” semileptonico (Milano e Pavia) Canale 0 leptoni+getti+EtMiss (Bologna) Getti+EtMiss+fotoni (Roma2, decadimento raro  →  

28 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 28 Gli istituti coinvolti (Mi,Pv,Na,Le) hanno sviluppato dal 2006 una forte collaborazione finalizzata alla scoperta e studio di SUSY nel canale a due leptoni –Sviluppo e mantenimento di un framework di analisi comune. Fatto con successo per le analisi CSC (in corso di aprovazione per la pubblicazione) Stiamo ora sviluppando un nuovo approccio per I primi dati, in accordo con i cambiamenti nel modello di analisi di ATLAS, e in collaborazione con gruppi interessati ad altre analisi –Produzione e scambio di ntuple –Divisione del lavoro in particolare nello studio della selezione di elettroni e muoni isolati; confronto dei risultati Attività 2 leptoni

29 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 29 Studi fatti per le note CSC Ricostruzione ed identificazione di elettroni e muoni (efficienza, fake rates, isolamento da attivita’ adronica) → contributo alla definizione dei tagli standard di identificazione dei leptoni isolati del gruppo SUSY Efficienze di trigger Composizione del fondo, ottimizzazione dei tagli di selezione Ricostruzione dell’edge della massa invariante di due leptoni Responsabilita’ di coordinamento delle analisi 2l-OS sia per la ricerca inclusiva che per la ricostruzione delle masse

30 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 30 Bologna Studio del canale E T Miss +4getti+0leptoni Almeno 1 getto con p T >100 GeV Almeno 4 getti con p T >50 GeV E T miss > max(100 GeV,0.2*M eff ) Transverse sphericity > 0.2.  (jet, met) > 0.2 per jet 1,2,3 Lepton veto (pt>20GeV)

31 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 31 R-adroni Adroni pesanti (m > 200 GeV) metastabili (vita media >> tempo di volo nel rivelatore) sono previsti da vari modelli (SUSY e non- SUSY). Esempi: Se le particelle scalari hanno massa >> TeV il gluino diventa metastabile in quanto decade via quark scalari virtuali Se la particella SUSY più leggera è il gravitino, la seconda particella più leggera (che potrebbe essere il top scalare) ha vita media lunga in quanto decade via interazione gravitazionale. Il gluino o top scalare adronizzano formando mesoni o adroni pesanti R(g): R-adroni contenenti un gluino (gg, gqq, gqqq) R(t): R-adroni contenenti uno stop (tq, tqq) R-barioni quasi degeneri, e circa 0.3 GeV piu’ pesanti degli R-mesoni. “R” si riferisce al numero quantico susy (R-parità) ~~~ ~~ ~ ~

32 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 32 R-adroni: produzione Produzione diretta di coppie via interazione forte (quasi indipendente dal modello) Circa il 40%/55% degli R(t)/R(g) prodotti sarebbe neutro. Velocità (sinistra) e pT (destra) di produzione di R-adroni ad LHC (Eur. Phys. J. C49, 623) ~ ~

33 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 33 R-adroni: segnature Sezioni d'urto nucleari simili a quelle degli adroni ordinari. Da 10 a 20 interazioni nucleari attese nei calorimetri Le interazioni coinvolgono i quark leggeri dell'R-adrone, con solo alcuni GeV persi ad ogni interazione Possono cambiare lo stato di carica nelle interazioni nucleari nel calorimetro. Conversione mesone → barione favorita. Il 75% degli R-adroni arrivano carichi nello spettrometro, indipendentemente dalla carica che avevano nell’ID. Se carichi, simili a muoni pesanti (alto p T, ma  = v/c < 1).

34 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 34 Trigger: primo livello L'evento contiene due R-adroni e poco altro (underlying event, final state radiation) - deve essere triggerato da gli R-adroni stessi. I trigger di muoni (mu6, mu40) sono molto efficienti purchè almeno uno degli R-adroni sia carico nello spettrometro Se  < 0.6 circa, gli hit delle camere di trigger dei muoni sono in ritardo di un bunch crossing (rispetto a muoni): vengono letti i dati dell’ID relativi al BC successivo a quello di interesse v/c high pT low pT L1 Trigger efficiency

35 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 35 Trigger di secondo livello La selezione standard di livello 2 per muoni ha due stadi: muFast fa il fit della traccia nello spettrometro e ricalcola il p T. muComb cerca una traccia corrispondente nel tracciatore interno L’efficienza per R-adroni di massa 300 GeV e’ solo il 50%. Vengono persi gli R-adroni neutri nell’ID o con hit nell’ID assegnati a un bunch crossing precedente. La soluzione è un algoritmo di trigger dedicato: Usare il time of flight (solo nel barrel, 3ns di precisione) per misurare la velocità della particella. Non chiedere matching con una traccia nell’ID per candidati con  40GeV, e m>40GeV l’efficienza di segnale sale al 92%

36 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 36 Event Filter L’event filter usa gli algoritmi offline per migliorare la precisione sul p T dei muoni. Poco efficiente per particelle lente –I raggi delle camere a deriva (MDT) sono ricostruiti male per particelle in ritardo L’efficienza del trigger per  scende al 25% per R-adroni di 300 GeV di massa (e diminuisce con la massa) Se si usa il trigger per R-adroni a livello 2 e nessuna selezione nell’event filter si ha il 92% di efficienza. Il rate di fondo prompt è molto basso ma il fondo di caverna (neutroni) è ancora da studiare. Per gli studi nel seguito, si è comunque usato il trigger per muoni standard (40 GeV)

37 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 37 Selezione offline Si richiede che una di queste condizioni sia soddisfatta (soglia sulle tracce: p T >250 GeV): Una traccia nello spettrometro senza match nell’ID Due tracce nell’ID con cos  < -0.85 con meno del 5% di hit TRT sopra la soglia elevata Due tracce nello spettrometro con la stessa carica Una traccia nello spettrometro, con un match di segno opposto nell’ID e p T (ID)>0.5p T (MS) In aggiunta, c’è un veto per tracce vicino ad un getto

38 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 38 R-adroni: risultati Fondo soppresso a pochi eventi/fb -1 Segnale visibile per m(g) < 1000 GeV m(t) < 500 GeV circa (1 fb -1 ) Lo scambio di carica è tipico dei gluini ~ ~

39 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 39 Conclusioni Il primo fb -1 di dati (ragionevolmente ben capiti) a 14 TeV consentirà di spingerci molto al di là del Tevatron nella ricerca di supersimmetria I dati del 2008 saranno molto utili per il commissioning del rivelatore e la comprensione dei processi del Modello Standard – condizione necessaria per cominciare a sfruttare il potenziale di LHC ATLAS ha sviluppato strategie di ricerca per le diverse topologie di segnale previste dai modelli SUSY Per ogni topologia strategie per la stima dei fondi di MS dai dati e per la valutazione degli errori sistematici sono state studiate. Nella maggior parte dei canali, diverse tecniche indipendenti sono state messe a punto. I canali getti+missingenergy+(0 o 1) leptoni sono i più promettenti per i modelli mSUGRA, con sensibilita’ fino alla scala di massa del TeV Particelle stabili fortemente interagenti, previste in alcuni scenari, forniscono un segnale molto chiaro con pochissimo fondo. Una buona efficienza di selezione online richiede trigger dedicati, che stanno venendo messi a punto.

40 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 40 Backup

41 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 41 Studi SUSY in ATLAS Quanto ho detto si riflette nelle attivita’ del gruppo SUSY come fotografate dalle note CSC (Computing System Commissioning) Data driven determination of W, Z, and top background to Supersymmetry searches Estimation of QCD backgrounds to searches for Supersymmetry with Monte Carlo and data driven techniques Prospects for SUSY discovery based on inclusive searches Exclusive measurements for SUSY Searches for new physics in events with three leptons and missing trasverse momentum Study of SUSY signatures with high-pT photons or long-lived heavy particles Editore italiano

42 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 42 Modello più studiato in ATLAS. Assunzioni: –Conservazione R-parità R=+1/-1 per particelle MS/SUSY. Impone la produzione in coppia di particelle SUSY e la stabilità della particella SUSY più leggera –Massa comune m 0 per gli scalari susy, m 1/2 per i fermioni (alla scala GUT). –Valore comune A 0 per gli accoppiamenti trilineari degli sfermioni con i doppietti di Higgs. 5 parameteri liberi: Ulteriori vincoli richiedendo che densità di neutralini prodotti nel Big Bang sia compatibile con la densità di Materia Oscura osservata. Modello forse troppo vincolato. Gli esperimenti sono interessati principalmente ad identificare segnature per sviluppare strategie di ricerca. mSugra

43 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 43 GMSB con fotoni non puntanti Gli eventi contengono getti (decadimento di squark o gluini) ed energia mancante (gravitini) come mSUGRA, e in aggiunta due fotoni ad alto pT Se la vita media del neutralino e’ confrontabile col tempo di volo nell’ID, anche senza far uso della segnatura non- puntante, per la scoperta e’ un caso intermedio tra neutralino stabile (mSUGRA) e decadimento immediato (mSUGRA+2fotoni) La ricostruzione di fotoni non-puntanti e’ comunque importante per misurare la vita media del neutralino) Numero di fotoni con Pt > 20 GeV, dopo I Tagli di selezione su Getti ed EtMiss

44 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 44 Misura della vita media La vita media puo’ essere misurata usando Z’ I tagli di selezione standard forniscono un efficienza di selezione dei fotoni che diminuisce all’aumentare di  Questo causa perdita di segnale e complica la misura della vita media (occorre conoscere l’efficienza) Tagli ottimizzati forniscono un efficienza migliore e piu’ piatta, con un rate di fakes da getti accettabile

45 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 45 Punti di benchmark Nel seguito presentero’ a volte distribuzioni attese per il segnale Queste dipendono dal punto dello spazio dei parametri scelto Gli studi in simulazione dettagliata sono effettuati per alcuni punti di benchmark scelti tenendo conto delle regioni di mSUGRA che rendono conto della densita’ di Materia Oscura osservata Per quello che dirò (studi abbastanza “inclusivi”, non legati al dettaglio delle catene di decadimento) conta sopratutto la scala di massa di squark e gluini; i risultati che presenterò si riferiscono a –Banchmark “SU1” (coannihilation point): scala di massa M ~ 750 GeV –Benchmark “SU3” (bulk point): scala di massa M ~ 620 GeV –Benchmark “SU4” (low mass point): appena oltre i limiti Tevatron (M ~400 GeV)

46 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 46 Altri canali di ricerca 2 leptoni stesso segno –Sfrutta la natura di Majorana del gluino: in g g -> X l X l i due leptoni sono SS o OS con uguale probabilita’ –Il segnale aspettato e’ basso, ma i fondi di MS sono fortemente soppressi. Canali con b getti o tau –Competitivi per certe regioni dello spazio dei parametri –Ma richiedono la comprensione dell’identificazione di b getti e tau

47 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 47 R-adroni: analisi in Italia ? Roma1 e Genova stanno sviluppando un trigger per particelle debolmente interagenti che decadono in getti in mezzo al rivelatore –Probabilmente rilevante per R-adroni di vita media confrontabile col tempo di volo nel rivelatore. Roma1: trigger per decadimenti nel calorimetro e muoni Genova: trigger per decadimenti nell’ID

48 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 48 10001500 p T traccie dello spettrometro (GeV) 500

49 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 49

50 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 50

51 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 51 Stop leggero Direct limits allows the scalar top to be lighter than top There are models which explain baryogenesis and Dark Matter at once using SUSY –Give up SUGRA-like unification of SUSY masses – Require a very light stop –… and of course CP violation The study of Milano/Pavia looks for the direct production: Looks a lot like top pair production –Cross section is comparable (400 pb for a 140 GeV stop) –Same final state, but “wrong” invariant mass combination (no W, top peak) –Still two unobserved neutralinos: no mass peak! –Softer leptons, jets and missing energy than in ttbar –Biggest problem is ttbar background t t   b b   q q  ~~

52 Ricerche di supersimmetria Commissione I Ferrara, 19/5/2008 T. Lari INFN Milano 52 Stop leggero: analisi Cuts: 4 jets with pt > 25 GeV EtMiss > 20 GeV 1 elec. or muon with pt>20 GeV Inv. Mass veto on W → jj Distribution of interest: M(jjb), M(lb) We developed a technique to estimate the ttbar bckg from data: Control sample 1: tight cuts on hadronic side [M(jjb) = m(top), M(jj)=M(W)] to select ttbar - Used to measure M(bl) in top events Control sample 2: tight cuts on leptonic side [M(lb,xEt) = M(top)] to select ttbar -Used to measure M(bjj) in top events Signal visible after backgr. subtraction with ~1 fb -1  t t   b b   q q Massa invariante bjj 1.8 fb -1 ATLAS(fastsim)