Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Ricerca dell'Higgs a LEP II MHMH E CM =206 GeV Al crescere di  s diventano accessibili.

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1 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Ricerca dell'Higgs a LEP II MHMH E CM =206 GeV Al crescere di  s diventano accessibili produzioni di Higgs per “Higgs-strahlung” (processo di produzione dominante anche a LEP II) con masse sempre maggiori (m H   s - M Z ) ma la sezione di produzione diminuisce

2 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa SCOPERTA C.L. di “5  ” cioè Probabilità che gli eventi osservati derivino dalla fluttuazione statistica del fondo  5.7×10-5 ESCLUSIONE C.L. di “2  ” cioè Probabilità che glieventi (non)osservati derivino dalla fluttuazione statistica di segnale + fondo  5×10-2 L scoperta luminosità integrata dei 4 esperimenti LEP affinchè vi sia il 50% di probabilità di ottenere almeno 5  oltre il fondo; L esclusione luminosità integrata dei 4 esperimenti LEP affinchè vi sia il 50% di probabilità di ottenere almeno 2  meno del valore aspettato per fondo + segnale;

3 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Decadimenti dell’Higgs a LEP II Come a LEP I il decadimento più importante è H  bb Da notare che oltre 115 GeV (regione di test per LHC) altri canali di decadimento diventano importanti (WW e ZZ) 4 jets 2 jets & missing energy 19% 60% Or a   instead of the b 2 jet & 2 lepton 6% H  bb 85% H  8% Topologie di ricerca: LEP I LEP II

4 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa e+e+ f’ e-e- f ZZ   W +, Z,  e+e+,e e-e- W -, Z,  e+e+ H e-e- Z ZZ e+e+ - e-e- W+W+ W-W- H  Al fondo oltre al canale Z  ff si aggiungono contributi dai decadimenti di WW e ZZ

5 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa ALEPH HZ  4jet,  s=192 GeV m H =90 GeV, L = 500 pb -1 OPAL HZ  2jet 2,  s=192 GeV, m H =80 GeV, L = 1000 pb -1. Esempi di distribuzioni di masse invarianti attese per il segnale e per i fondi

6 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Metodo statistico Come combinare diverse analisi di diversi canali a diverse Energie ? I dati di tutti i canali (Hqq, H, Hll) a tutte le energie E cm vengono raggruppati in un unico spazio bidimensionale costituito dalle varibili: m H rec massa invariante ricostruita G variabile discriminante (Q NN, b-tag) In ogni canale k ( coppia di bin di m H rec e G ) si ricavano - b k fondo stimato - s k segnale stimato (dipendente dal parametro m H ) - n k numero di candidati Costruendo le Likelihood per le ipotesi che i candidati osservati derivino da segnale + fondo L s+b da solo fondo L b si puo’ ottenere il  2 per ogni massa m H nelle due ipotesi mHmH G

7 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Il metodo della Maximum likelihood: dall’esempio visto in A FB ad m H P è la densità di probabilità per un evento  i con parametro A FB, si richiede la massimizzazione dei prodotti delle densità di probabilità. Nel caso in cui si voglia discriminare un numero di eventi osservati (n) rispetto ad un numero medio di eventi attesi (b+s) la densità di probabilità e’ data dalla distribuzione di Poisson: Si è esplicitata la dipendenza di s da m H Considerando la suddivisione in bin (canali k) di m H rec e G :

8 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Per considerare il contributo di ogni singolo candidato occorre ricavare le densità di probabilità per fondo e segnale in ogni canale k: m H rec, G. Il test di comparazione si effettua osservando la dipendenza: Tale scelta risulta conveniente in quanto: Osserviamo -2ln(Q(m H )) (i)per i dati reali (ii)per dati MC con n=b (se osservassi un numero di eventi uguale al fondo medio) (iii) per dati MC con n=b+s (se osservassi un numero di eventi uguale a segnale + fondo medio)

9 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa verde: 1  dal fondo giallo: 2  dal fondo

10 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa m H >114.4 GeV al 95% CL s Solitamente si valuta l’esclusione al 95% dall’ipotesi s+b (CL s+b = 5%). Per essere piu’ conservativi si valuta l’esclusione al 95% dell’ipotesi s+b rispetto all’ipotesi b (CL s = CL s+b / CL b = 5%) (si limita la dipendenza del limite di massa da una sottofluttuazione del fondo) s+b preferito da 114 in su la curva osservata resta entro 2  da quella del fondo medio per ogni m H

11 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa La “finestra” su M Higgs 114.4 GeV ~ 211 GeV La finestra è al 95% di C.L., i valori al di fuori della finestra non sono vietati, sono meno probabili

12 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa

13 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Scoperta ed analisi del top al Tevatron Masse dei quarks I quark differentemente dai leptoni sono confinati negli adroni. Le masse dei quark non possono essere misurate direttamente ma possono essere stimate dall’influenza della massa sulle proprietà degli adroni. Il modo più semplice per stimare la massa dei quark è quello di eseguire un fit allo spettro delle masse degli adroni usando un modello a quark non relativistico. Minori indeterminazioni derivano dalla teoria perturbativa chirale che permette di stimare i rapporti delle masse m u /m d e m s /m d dalle masse dei mesoni  e K Il top è un caso a parte, a causa della sua elevata massa ha un tempo di vita breve (  top ~ 10 -24 sec) tale da non rendere possibile l’adronizzazione (  QCD ~ 10 -23 sec). La sua massa può essere stimata con precisione dal processo di decadimento. - selezione di candidati top con la rilevanza statistica di “scoperta” - misura della massa del top - misura della sezione d’urto

14 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Run I (1992-1996) Run II (2001- oggi)  s = 1.8 TeV  s = 1.96 TeV Scoperta del top quark nel 1994 Luminosità integrata ad Aprile 05 Luminosità integrata 120 pb -1 Registrata ~ 600pb -1 Analizzata ~350 pb -1 g g ~85%~15% Produzione Annichilazione qq (85%) Fusione di gluoni (15%) ~ 1 evento top ogni 10 10 collisioni inelastiche

15 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Decadimento Classificazione degli eventi  W 1  l W 2  l dileptonico tt  l l bb dileptonico 5%  W 1  l W 2  qq leptonico+jet tt  l qqbb leptonico+jet 30%  W 1  qq W 2  qq adronico tt  qqqqbb adronico 45% W1W1 W2W2

16 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Due b-jet ad alto E T Eventi energetici, centrali e sferici Energia trasversa mancante (E T ) e leptoni isolati ad alto p T nei modi leptonico+jet e dileptonico 6 jet ad alta enerigia trasversa nel modo adronico Possibili jet addizionali da radiazione di gluoni (ISR, FSR) Caratteristiche degli eventi top

17 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa neutrino non osservato - P x and P y dalla conservazione di Et - 2 soluzioni per P z da M W =M l associazione combinatoriale dei 4 jet - 12 possibili associazioni con 0 b-tag - 6 con 1 b-tag - 2 con 2 b-tags W+W+ W-W- t t b-jet jet X 5 vertici 3 vert, di jet E’ il canale che permette di ottenere la miglior precisione nella determinazione della massa. L’identificazione di 2 jet di tipo b non è una condizione indispensabile ma il b-tag riduce il fondo di jet da quark leggeri e le possibilità combinatoriali. Analisi modo leptonico+jet B-Tagging Efficiency = 60 % False B-Tag Rate (QCD jets) = 0.5 %

18 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa 1 tag 0 tag 2 tag Bkg 0.3  0.2 Bkg 6.8  1.2 Bkg  39 (s/b=1) Sig = 39

19 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Template del segnale Template del fondoDati L = L shape x L background I template permettono di ricavare la PDF (probability density function) in funzione di m top. Il miglior valore è quello che massimizza L o equivalentemente che minimizza –ln( L/L max ) Determinazione m top metodo “Template”

20 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Probability density per event PDFs Sum over all possible parton states Transfer function: the probability for a measured variable x to arise from a parton level variables y (energy resolution, etc…) LO ttbar matrix element Determinazione m top metodo “Matrix Element” Sum over all 12 permutations of jets and neutrino solutions Background process ME are (or not) explicitly included in the likelihood Top mass: maximize  i P i (M top )

21 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Classificazione delle analisi MethodSignatureLum (pb -1 )Experiment Matrix ElementsLepton + Jets125 Dynamic LHLepton + Jets + b-tag162 Template Lepton + Jets + b-tag combined 162 Lepton + Jets + 2 b-tags162 Lepton + Jets + NO b-tag193 Lepton + Jets160 Multivariate TemplateLepton + Jets + b-tag162 IdeogramLepton + Jets160 Template – kin.Dileptons193 Template-  1 -  2 Dileptons193 weighting+track Dileptons193 Dalitz & GoldsteinDileptons230 Run1 Run 2 best meas. only kinematics Kinematics + ME

22 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Jet Energy Scale (JES) Determinare la vera energia del partone dall’energia del jet misurata in un cono E’ necessario correggere per gli effetti del rivelatore, degli algoritmi e della fisica  fattore di scala JES. Run II 2004 Run I Run II 2005

23 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Nuova analisi di D0 sui dati del Run I –Lepton + jets sample –Matrix Element type analysis technique Nature 429, 638-642 (2004) M top = 180.1 ± 3.6 (stat) ± 3.9 (sys) Nuove misure m top

24 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa PDG 2004 m t =174.3 ± 5.1 GeV/c 2 La Thuile Marzo 2005 m t =178.0 ± 4.3 GeV/c 2 m top = 174.3 ± 5.1 GeV/c 2 m H = 96 GeV m H < 219 GeV @ 95% C.L. m top = 178.0 ± 4.3 GeV/c 2 m H = 114 GeV m H < 260 GeV @ 95%C.L. Effetto sul limite di m H dai fit globali:   m H = 19%   m top = 2%

25 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Nuove analisi del Run II Barre di errore: rosso = statistica blu = totale CDF Summer 2005 Results

26 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa PDG 2004 m t =174.3 ± 5.1 GeV/c 2 La Thuile Marzo 2005 m t =178.0 ± 4.3 GeV/c 2 Marzo 2006 m t =172.5 ± 2.3 GeV/c 2 20 Marzo 2006 hep-ex/0603039 Nuove analisi del Run II

27 Dottorato in Fisica XXI Ciclo Padova 5 Giugno 2006 Ezio Torassa Ricerca dell’Higgs a LEP II : Search for the Standard Model Higgs Boson at LEP – CERN-EP/2003- 011 Massa del Top: Combination of CDF and D0 Results on the Mass of the Top Quark hep-ex/0603039