LHC: Fisica Elettrodebole e Fisica del B Riccardo Ranieri INFN e Università di Firenze Commissione Scientifica Nazionale 1 Laboratori Nazionali di Frascati.

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1 LHC: Fisica Elettrodebole e Fisica del B Riccardo Ranieri INFN e Università di Firenze Commissione Scientifica Nazionale 1 Laboratori Nazionali di Frascati 11-12 Novembre 2003

2 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 2 ATLAS & CMS btW Gli argomenti che tratterò:  t –σ tt, top singolo, m t  W –m W e fit elettrodebole  b –trigger e canali di benchmark

3 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 3Previsioni LHC TeVatron 10 34 2x10 33 <10 32 Luminosità [cm -2 s -1 ] 100 20 0.3 ∫L [fb -1 /y] 14LHC (alta luminosità) 14LHC (bassa luminosità) 2TeVatron √s [TeV] processo  (pb) Eventi/sEventi/ybb 5  10 8 10 6 10 13 Z  ee 1.5  10 3 ~3 10 7 W  ℓ ( ℓ=e,μ ) 3  10 4 ~60 10 8 WW  e X 6 10 -2 10 5 tt830~1.7 10 7 H (700 GeV/c 2 ) 1 2  10 -3 10 4 - -

4 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 4 Perché studiare il quark top? –Misura accurata di m t –Produzione e decadimenti –Vincoli su m H –Eventi di top fondo dominante per ricerche di nuova fisica alla scala del TeV m t =174.3±3.2±4.0 GeV/c 2 (CDF+DØ)  uno dei parametri fondamentali del Modello Standard DØ

5 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 5 LHC sarà una “top factory” –σ(pp → tt) NLO+∑NLL =833 pb per √s=14 TeV (100xTeVatron) –Bassa luminosità: 16M tt per anno –10% qq’ / 90% gg –Misura di σ tt e nuova fisica:  risonanze pesanti >>> picco nello spettro tt  t → H + b >>> deficit apparente in σ tt [SM: Br(t → W + b)≈1] Produzione di coppie tt - - R.Bonciani, S.Catani, M.L.Mangano, P.Nason, Nucl.Phys B529(1998) 424 - - -

6 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 6Decadimenti Modello Standard: BR(t → W + b)≈99.9%  stato finale dipendente dai decadimenti del W g,q W-W- b W+W+ b l b l b jj b l b l b b b b W Decay Mode g t t (3) (2) (1) 1.Dileptoni  BR≈5%  0.8x10 6 ev/y  nessun top ricostruito  leptoni isolati di alto p T 2.Leptone singolo  BR≈30%  5x10 6 ev/y  un top ricostruito  b-tag fondamentale 3.Completamente adronico  BR≈45%  7x10 6 ev/y  entrambi i top ricostruiti  fondo: multi-jet QCD

7 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 7 Ricerca di risonanze - - -  xBR richiesto per la scoperta m tt [GeV/c 2 ] σxBR [fb] 30 fb -1 300 fb -1 1 TeV/c 2 830 fb –Molti modelli teorici prevedono l’esistenza di risonanze che decadono tt  SM Higgs (ma BR sfavorevole rispetto a decadimaneti WW e ZZ)  MSSM Higgs (H/A, se m H,m A >2m t, BR(H/A → tt)≈1 per tanβ≈1)  modelli Technicolor, strong ElectroWeak Symmetry Breaking, Topcolor, produzione di “coloroni”, […] –Studio di risonanza Χ noti σ Χ, Γ Χ e BR(Χ → tt)  canale semileptonico  neutrino da E t miss –E T miss =E t n ;m ℓ n =m W  |p z n |  molti jet (tra 4 e 10)  Efficienza di ricostruzione –20% m tt =400 GeV/c 2 –15% m tt =2 TeV/c 2

8 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 8 Produzione di top singolo –Determinazione diretta del vertice tWb(=V tb )  σ predetta dal Modello Standard (tranne l’accoppiamento) –Discriminanti per la misura della σ dei 3 segnali:  molteplicità dei jet (più elevata per Wt)  più di un b-jet (aumenta segnale W* rispetto a Wg)  distribuzione della massa invariante jet-jet (m jj ≈m W per Wt e non per gli altri) Wg Fusion 245±27 pb S.Willenbrock et al., Phys.Rev.D56, 5919 W* 10.2±0.7 pb M.Smith et al., Phys.Rev.D54, 6696 Wt 62.2 pb A.Belyaev, E.Boos, Phys.Rev.D63, 034012 -3. 7 +16.6 2-22-3

9 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 9 Analisi top singolo –Fondi principali [σxBR(W → ℓ n ), ℓ=e,μ]:  ttσ=833 pb [246 pb]  Wbbσ=300 pb [66.7 pb]  Wjjσ=18x10 3 pb [4x10 3 pb] –Trigger di L1: leptone singolo p T >20 GeV/c –Capacità di estrarre il segnale dal fondo dipende da:  rate di leptoni “fake” (utilizzo dei sistemi di tracciatura)  b-tag (ε b =60%, ε c =10%, ε uds =1% a bassa luminosità)  ricostruzione e veto di jet di bassa energia (2,3 jet E T >30 GeV)  identificazione jet in avanti (quark “spettatore” q’ in Wg) –Studio dei 3 processi separatamente  W’ pesante  aumento in canale-s di W*: σ(W*)  σ(W*)/σ(Wg)   FCNC gu → t  diversa distribuzione angolare: σ(W*)/σ(Wg)  - - Wg(2-2 + 2-3)[54.2 pb] Wt [17.8 pb] W*[2.2 pb]

10 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 10 Risultati top singolo Risultati per ∫L=30 fb -1 ProcessoSegnale (x1000) Fondo (x1000) S/BS/√B Wg27±18.7±1.6 [Wjj]3.1289 Wt6.8±0.330.5±0.7 [tt]0.22 39 W*1.11±0.042.4±0.3 [ 50% tt]0.46 23 ProcessoδV tb (stat.)δV tb (th.) * Wg0.36%6% Wt1.4%” W*2.7%5% CDF: 14 pb (18 pb canale-s 13 pb canale-t) D0: 17 pb canale-s e 22 pb canale-t SM: σ SM =2.43±0.32 pb ATLAS DETECTOR AND PHYSICS PERFORMANCE TDR Volume II (1999) - - * PDF+μ(scale)+δm t

11 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 11 Massa del quark top –La ricostruzione inizia con m W  “ricostruzione” neutrino –E T n =E T miss –m ℓ n =m W  combinatorio con coppie di jet –m jj =m W –Metodi statistici per determinare m t  m jjb = m ℓ n b =m t triggerricostruzione Fondo: <2% W/Z+jet, WW/ZZ/WZ BR≈30% Efficienza di selezione: ~5-10%: leptone isolato p T >20 GeV/cleptone isolato p T >20 GeV/c E T miss >20 GeVE T miss >20 GeV 4 jet con E T >40 GeV4 jet con E T >40 GeV >1 b-jet (  b  40%,  uds  10 -3,  c  10 -2 )>1 b-jet (  b  40%,  uds  10 -3,  c  10 -2 ) ATLAS DETECTOR AND PHYSICS PERFORMANCE TDR Volume II (1999)

12 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 12 Ricostruzione di m t  Simulazione veloce e completa sono in accordo –controllo su 60 000 eventi »σ(m t ) full =13.4 GeV/c 2 »σ(m t ) fast =11.9 GeV/c 2  lineare in m t  indipendente da top p T (fast sim) mWmWmWmW mtmtmtmt j1j1 j2j2 b-jet da evitare… ATLAS DETECTOR AND PHYSICS PERFORMANCE TDR Volume II (1999) δm t stat =0.10 GeV/c 2

13 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 13 Errori su m t  calibrazione in energia dei jet –obiettivo: 1% per jet leggeri e 5% per b-jet (da W → jj dell’evento e Z( → μμ)+j: difficile da raggiungere…)  funzione di frammentazione del quark b –variazione del parametro di Peterson ε b =-0.0060(+0.0025)  radiazione di stato iniziale e finale (ISR e FSR) –incertezza del 10% (da a s )  conoscenza del fondo –a LHC la statistica non mancherà… δm t Errore [GeV/c 2 ] statistico0.10 scala E jet leggeri 0.20 scala E b-jet 0.60 ISR/FSR 1.5 ? frammentazione quark b 0.25 fondo0.15 conoscenza PDF negl. Totale <2.0 ? Errori per esperimento

14 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 14 Metodi alternativi –Eventi tt ad alto p T  separazione in due emisferi  maggiore sovrapposizione tra i jet –Canale leptonico [2x(W → ℓ n ), ℓ=e,μ]  due leptoni carichi (ma anche due neutrini)  molto dipendente dalla descrizione del Monte Carlo –Sezione d’urto σ tt  altissima statistica, sistematiche differenti  limitata da incertezza su PDF (10%  δm t =4 GeV/c 2 ) –La sfida: decadimenti b esclusivi con prodotti massivi (es.: J/ y )  correlazione con m t e poco fondo  BR(tt → qqbℓ n +J/ y→ ℓℓ)=5x10 -5 : alta luminosità - - Dalla combinazione si potrà raggiungere δm t =1 GeV/c 2 ?

15 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 15 Riassunto δm t  Molte sistematiche correlate tra ATLAS e CMS e anche tra analisi differenti –la combinazione non porta grandi benefici –ma errore su m t di 1 GeV/c 2 dovrebbe essere raggiunto qqbbl qqbbl (alto p T ) bbl l bbl l  tt qqbbl qqbbl (+J/  ) Statistico0.100.250.90?<0.05<1.0 scala E jet leggeri 0.201.2?--- scala E b-jet 0.600.600.60-- ISR/FSR 1.5 ? 0.2 ? 1.0? 0.30 ? frammentazione quark b 0.250.100.70-0.60 fondo0.150.100.10?negl.0.20 conoscenza PDF negl.negl.negl.4.00.20 Total <2.0 ? <4.0 ? <1.3 ? Errori per esperimento (in GeV/c 2 ) 10 fb -1, bassa lumi 100 fb -1, alta lumi

16 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 16 –Misure precise =  test di validità del Modello Standard  informazioni sul parametro mancante m H (correzioni radiative) Esempio: m W =m W (m t 2, log(m H ))  t  m t 2  H  ln(m H /m W ) Il fit elettrodebole SM (17 parametri) m fermioni (9) m bosoni (2) V CKM (4)G F (1) mHmH predictions da decadimenti n,  [per ora niente] da misure dirette decadimenti dei mesoni (fino a 0.1%)

17 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 17 direct indirect EXCLUDED Dove siamo… m t m WLe incertezze su m t e m W dominano il fit elettrodebole Δ  had,  s (m Z ), m Z, m t, m H –Ogni “osservabile” può essere calcolato in funzione di: Δ  had,  s (m Z ), m Z, m t, m H –Prospettive TeVatron RunII  m t  2.5 GeV/c 2  m W  25 MeV/c 2   m H /m H  35% Attuali input: m t =174.3 ±5.1(exp) GeV/c 2 m W =80.426 ±0.035(exp) GeV/c 2 m Z =91.1875 ±0.0021(exp) GeV/c 2  Z =2.4952 ±0.0023(exp) GeV m H <211 GeV/c 2 @ 95% CL 35% shift in m H per shift di 5 GeV/c 2 (1  ) in m t ! (  m H /m H  53%) m H =91 GeV/c 2 -37 +58 Δm W ≈0.7x10 -2 Δm t Per avere simile impatto su m H : Δm W ≈0.7x10 -2 Δm t

18 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 18 regione di fit Massa del W –Sezione d’urto WW troppo bassa –W singola: non è possibile determinare direttamente m W  c’è il neutrino… ma anche molta statistica! m T W =[2p T ℓ ∙p T n ∙(1-cosΔφ)] ½  massa trasversa: m T W =[2p T ℓ ∙p T n ∙(1-cosΔφ)] ½ ATLAS DETECTOR AND PHYSICS PERFORMANCE TDR Volume II (1999) Efficienza di selezione: ~20% con leptone isolato p T >25 GeV/cleptone isolato p T >25 GeV/c E T miss >25 GeVE T miss >25 GeV No jet con E T >30 GeVNo jet con E T >30 GeV Recoil |u|<20 GeV/cRecoil |u|<20 GeV/c 60 milioni di W/10 fb -1 ! (50xTeVatron RunII) δm W stat =2 MeV/c 2 con 10 fb -1 (missing p T ) e W beam line

19 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 19 Errori su m W  Sistematici dovuti alla teoria –p T W : 5 MeV/c 2 »p T Z da Z → ℓℓ e si usa p T W /p T Z per modellare il Monte Carlo (accordo tra p T W e p T Z al 10% per p T W,Z <20 GeV/c) –PDF: 10 MeV/c 2 »vincolate dai dati di W e Z? –Γ W : 10 MeV/c 2 »da R a BR(W → ℓ n ) [SM, fattore limitante è σ W /σ Z ], per ora Γ W =2.124(41) GeV –Decadimenti radiativi: 10 MeV/c 2 »ma c’è ancora da lavorare (teoria+W → ℓ ng ) –Normalizzazione e andamento del fondo: 5 MeV/c 2 »conoscere il fondo: e al 30%, μ al 7%  Sistematici dovuti al rivelatore –Scala di E/p del leptone: 15 MeV/c 2 »m Z da Z → μμ (Z → ee): ma bisogna raggiungere precisione di 0.02% (improbabile perché occorrono: mappa del campo magnetico al 0.1% e material budget del sistema tracciante al 1%) –Risoluzione E/p del leptone: 5 MeV/c 2 »Γ Z + dati dai test beam (ma occorre risoluzione di 1.5% su E e p) –Modellizzazione del recoil: 5 MeV/c 2 »da Z → ℓℓ (scala come 1/√N Z ) Modello Standard per determinare  W ! da LEP dalla teoria Totale: 25 MeV/c 2 /10 fb -1 potrebbe essere raggiunto per esperimento (15 MeV/c 2 /10 fb -1 dalla combinazione dei risulati di ATLAS e CMS) … sarà davvero così?

20 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 20 Conseguenze (da δm t e δm W ) –Se il fit elettrodebole viene ripetuto cambiando gli errori su m t e m W   m W =15 MeV/c 2   m t =1 GeV/c 2  valori centrali attuali Grazie a M.Grunewald e Roberto Chierici direct EXCLUDED (  m H /m H  25%) m H =73 GeV/c 2 -16 +20

21 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 21 Fisica del B a LHC Programma Decadimenti rari violazione di CP mixing B 0 Produzione di b a LHC luminosità: 2x10 33 cm -2 s -1 (  10 34 cm -2 s -1 )  0.5 mb  O(10 5 -10 6 ) bb/s O (100) ev/s su nastro per tutti i canali di fisica interessanti La strategia di trigger è fondamentale La strategia di trigger è fondamentale Trigger muoni: solamente ~5 Hz b/c (1 Hz  10 7 ev/y a bassa luminosità) Non è abbastanza per decadimenti con Br<10 -4 e ε sel <10% 25 Hz b/c W 19 GeV/c s

22 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 22Trigger 40 MHZ 50 kHz 100 Hz CMS 40 MHZ 25 kHz * 2 kHz 200 Hz [Event Filter] HLT ATLAS [Region of Interest] Le soglie del Trigger di L1 sono ottimizzate per la fisica di scoperta  selezione di processi ad alto p T b-jet selezionati con il trigger di muoni (1μ o 2μ) Riduzione del DAQ all’inizio di LHC (problemi di budget) * scenario più severo possibile

23 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 23 L1 Trigger – Bassa Luminosità Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [kHz] MU2020 0.8 2MU66,6 0.2 EM25i30 12.0 2EM15i20 4.0 J200290 0.2 3J90130 0.2 4J6590 0.2 J60 + xE60100 + 100 0.4 TAU25 + xE3060 + 60 2.0 MU10 + EM15I10 + 15 0.1 Others (pre- scales,calibration,…) 5.0 Total ~25 * Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [kHz] Inclusive e/  29 3.3 ee/  17 1.3 Inclusive μ14 2.7 μμ3 0.9 Single t jet86 2.2 Two t jet59 1.0 1 jet177 1.0 3,4 jets86,70 2.0 1 jet + E T miss 88 + 46 2.3 e + jet21 + 45 0.8 Minimum Bias (calibration) 0.9 Total 16.0 ATLAS CMS * scenario più severo possibile

24 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 24 L1 Trigger – Alta Luminosità Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [kHz] MU2020 4.0 2MU66,6 1.0 EM25i30 22.0 2EM15i20 5.0 J200290 0.2 3J90130 0.2 4J6590 0.2 J60 + xE60100 + 100 0.5 TAU25 + xE3060 + 60 1.0 MU10 + EM15I10 + 15 0.4 Others (pre- scales,calibration,…) 5.0 Total ~40 Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [kHz] Inclusive e/ g 34 6.5 ee/ gg 19 3.3 Inclusive μ20 6.2 μμ5 1.7 Single t jet101 5.3 Two t jet67 3.6 1 jet250 1.0 3,4 jets110,95 2.0 1 jet + E T miss 113 + 70 4.5 e + jet25 + 52 1.3 μ + jet15 + 40 0.8 Minimum Bias (calibration) 1.0 Total 33.5 ATLAS CMS

25 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 25 L1 Trigger (muoni) Low Lumi  < 2.1 16 kHz DAQ 3.6 kHz for  14 ; 3,3 2.7+0.9=3.6 kHz  W =90%  Z =99%  Bs  =15% ATLAS singolo μ: p T >20 GeV/c  0.8 kHz 2μ: p T >6,6 GeV/c  0.2 kHz è allo studio la possibilità di scendere fino a 3-4 GeV/c (totale L1: 25 kHz, “fattore di sicurezza” non incluso) CMS singolo μ: p T >14 GeV/c  2.7 kHz 2μ: p T >3,3 GeV/c  0.9 kHz (totale L1: 50 kHz “fattore di sicurezza” 1/3) CMS

26 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 26 High-Level Trigger Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [Hz] Electron e25i,2e15i 25;(15,15) ~40 Photon 60 g i,2 g 20i 60;(20,20) ~40 Muon μ20i,2μ10 20;(10,10) ~40 Jets j400,3j165,4j110 400,165,110 ~25 Jets + E t miss j70 + xE70 70 + 70 ~20 t + E t miss t 35 + xE45 35 + 45 ~5 b-physics 2μ6 with m B /m J/  6,6,b-mass ~10 others (pre- scales,calibration,…) ~20 Total ~200 Selection Threshold [GeV or GeV/c] Expected Rate [Hz] Inclusive e29 33 ee17,17 1 Inclusive g 80 4 gg 40,25 5 Inclusive μ19 25 μμ7,7 4 Inclusive t jet86 3 Two t jet59,59 1 1 jet + E T miss 180 + 123 5 1,3,4 jets657,247,113 9 e + jet19 + 52 1 Inclusive b-jets237 5 Calibration and other events (10%) 10 Total 105 ATLAS CMS

27 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 27 Low Luminosity CMS High-Level Trigger (muoni) Banda riservata al trigger di muoni: ATLAS: 50 Hz (40 Hz μ20i+2μ10 e 10 Hz 2μ6 con m B,J/  ) CMS: 29 Hz (25 Hz μ 19 e 4 Hz μ 7,7 con isolamento) 30 Hz

28 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 28 High-Level Trigger Come si può migliorare il trigger di b? –utilizzo dei sistemi di tracciatura –algoritmi che richiedano solo una frazione di dati  Region of Interest (RoI)  ricostruzione tracce –quasi offline –condizioni di stop  velocità di esecuzione –misure di timing degli algoritmi Gli algoritmi HLT si possono suddividere in 2 categorie: 1.Ricostruzione e identificazione di oggetti (μ,e, ,jet,…)  ”Trigger elements” 2.Validazione di topologie (tagli di fisica sugli oggetti ricostruiti)  ”Hypothesis algorithm”

29 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 29 ATLAS & CMS startup Pixel Vertex detector: 2+1 layer invece di 3+2 ? Camere μ: Trigger L1 limitato a |η|<2.1 (< elettronica) Pixel Vertex detector: 2 layer invece di 3 TRT (straw tubes): accettanza limitata |η|<2 Riduzione dei trigger processors

30 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 30 Regione di Interesse Migliore Regione di Interesse (RoI): ΔR<0.4 Jet RoI calorimetro Numero medio di tracce cariche bb jet E T =100 GeV - η=-ln[tan(½θ)] Numero di tracce cariche ΔR=(Δη 2 +Δφ 2 ) ½

31 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 31 Ricostruzione Parziale Quanti hit sono necessari per raggiungere una sufficiente risoluzione sui parametri di una traccia ? Buona risoluzione con 5 hit

32 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 32 Fisica del b Canali di benchmark : Di-muon Trigger L1: –B s → μμ –B s → J/  ( → μμ)  ( → KK) Canali adronici (Trigger L1 di singolo muone sul secondo b → μ): –B s → D s ( → π  ( → KK) ) π

33 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 33 Decadimenti rari: B s → μμ FCNC b → s o b → d a livello di loop nel Modello Standard –BR(B s → μμ)=(3.5±1.0)x10 -9 –correzioni MSSM (alto tanβ)  nuova fisica »Br(B s → μμ)=3x10 -6 (tanβ/50) 6 (200 GeV/m A ) 4 loop Occorre molta statistica: ATLAS e CMS (>luminosità) sono favoriti rispetto a LHCb

34 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 34 Analisi B s → μμ L1  HLT  Global  (=L1xHLT) ev/10 fb -1 Trigger Rate 15.2%33.5%5.1%47<1.7Hz HLT Full Tracker Analisi offline ( SM BR=3.5x10 -9 ) (L1 μ trigger in |  |<2.4 invece di |  |<2.1) 10 fb -1  7 eventi di segnale <1 fondo osservazione a 5σ con 30 fb -1 inoltre questo canale si può studiare anche ad alta luminosità  = 46 MeV/c 2  = 74 MeV/c 2 A.Nikitenko, A.Starodumov, N.Stepanov, hep-ph/9907256 “The Trigger and Data Acquisition project, Volume II Data Acquisition & High-Level Trigger” CMS TDR 6.2 (2002)

35 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 35 Oscillazioni B s /B s B 0 e B 0 sono gli autostati di flavour sovrapposizione degli autostati di massa B H e B L  Oscillazioni B 0  B 0 con frequenza  Δm s  m H -m L Difficoltà all’interno del Modello standard a giustifcare valori di Δm s superiori a 25 ps -1  nuova fisica - - - B s -B s mixing: Δ m s  14.4 ps -1 @ 95% CL - s s s s

36 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 36 Bs→DsπBs→DsπBs→DsπBs→Dsπ  bb  μ  π- π- K + K - B s  D s π + - 4) Tagli topologici fra B s e μ 3) M inv tra i D s ricostruiti e π 2) M inv dei π con i candidati  1) M inv delle coppie di K ± 0) Ricostruzione parziale tracce

37 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 37 B s → D s π: misura di Δm s BsBsBsBs DsDsDsDs  =5 MeV/c 2  =25 MeV/c 2   =95 MeV/c 2 1 anno a bassa luminosità (20 fb -1 ): L1: 1 kHz HLT: 5 Hz 300-400 eventi di segnale Δm s fino a 20 ps -1 1000 eventi necessari per test SM: Δ m s  26 ps -1 @ 99% CL A.Giassi, F.Palla, A.Starodumov, CMS NOTE 2002/045

38 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 38 B s → D s π – prospettive x s =Δm s /Γ s 2 fb -1 (RunIIa) e 6.5 fb -1 (RunIIb) ~2008 –Risoluzione in tempo proprio:  t = 45 fs  t   pT /p T (L00+SVX) Sensibilità fino a x s  60  70 Test dello SM (x s ~30) con < O(10k) eventi Bassa Luminosità 30 fb -1 ~2008 –Risoluzione in tempo proprio:  t = 60 fs Sensibilità fino a Δm s <29.5 ps -1 (x s <43) LHCb: 1 anno = 2 pb -1  72k B.Epp,V.M.Ghete,A.Nairz, EPJdirect CN3, 1-23 (2002) ATLAS 80K 40K 20K 10K 70K 60K 50K 30K 0 Numero di Eventi per osservazione a 5σ CDF

39 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 39 B s → J/   : massa del B s Risoluzione HLT  = 22.4 MeV/c 2 BsBsBsBs  = 46.5 MeV/c 2 J/   = 2.2 MeV/c 2 

40 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 40  è richiesto maggior tempo di CPU (660 ms/ev addizionali)  Rate ridotto al minimo  Numero di eventi l’anno analogo a LHCb (TDR)  260 ms/ev su Pentium III 1 GHz  si analizzano tutti gli eventi che passano L1 B s → J/   : selezione HLT Lvl-1  Lvl-2  Lvl-2 Rate Lvl-3  Lvl-3 Rate Events/20 fb -1 16.5%13.7% 14.5 Hz 8.7% <1.7 Hz 167 600

41 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 41 B s → J/   : misura di ΔΓ s e  s CERN 2000-004 “Proceedings of the Workshop on Standard Model Physics (and more) at the LHC” ℓ+ℓ+ ℓ-ℓ- K+K+ K-K- →→ 600 000 Analisi angolare B s → J/  → μμKK  su un campione di 600 000 eventi (σ T =0.063 ps, 10% fondo): 1/Γ s = 1.54 ps ΔΓ s  s (x s =20)  s (x s =40) Value0.15xΓ s 0.040.8 Error8.0%0.0140.03 Errore su ΔΓ s vs stat. ΔΓ s / Γ s < 15 %  s (x s =20) ~ 0.015 rad  s (x s =40) ~ 0.03 rad 60 fb -1

42 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 42 B Trigger e tabella HLT La banda di trigger dedicata alla fisica del B allo startup di LHC dipenderà da: 1.Luminosità –Minore luminosità  maggiore banda B trigger 2.Rate del fondo –Il “fattore di sicurezza”… 3.₤€ r¥$or$€ f¥nanz¥ar¥€ –Per acquistare trigger processors Inoltre è allo studio la possibilità di abbassare le soglie per il trigger di B quando la luminosità sarà più bassa durante il fill di LHC

43 Commissione 1 - LNF 11-12 Novembre 2003 LHC: Fisica EW e Fisica del B Riccardo Ranieri 43 Conclusioni – Fisica tWb Le conclusioni (a 4 anni dalla partenza di LHC): –t  calibrazioni (energia jet, leptoni isolati, b-tag)  primi risultati post-calibrazione dalla fisica del top –W  la fisica elettrodebole di precisione potrebbe essere possibile a LHC  prossimo passo: analisi più sofisticate con descrizione più dettagliata dei rivelatori –b  ATLAS e CMS competitivi anche se non progettati per la fisica del B  le condizioni iniziali di LHC saranno fondamentali: minore luminosità  maggiore fisica del B