RICERCHE DI SUSY CON I PRIMI DATI IN ATLAS Napoli, 17/12/2007 Elisa Musto.

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1 RICERCHE DI SUSY CON I PRIMI DATI IN ATLAS Napoli, 17/12/2007 Elisa Musto

2 SOMMARIO La ricerca della supersimmetria costituisce uno degli obiettivi fondamentali di ATLAS Il gruppo ATLAS di Napoli è impegnato nella ricerca di SUSY e in particolare collabora a due note CSC : - SUSY-5 (ricerche SUSY inclusive, editor :F Paige, G Polesello ) - SUSY-6 (ricerche SUSY esclusive, editor: T Lari, D Costanzo ) Il potenziale di scoperta è tale che già con i primi dati sarà possibile cercare evidenze di nuova fisica Se ci sarà evidenza di nuova fisica bisognerà caratterizzarla: il gruppo di Napoli è stato impegnato nello studio di fattibilità della misura dello spin del neutralino e il lavoro è stato pubblicato in due note della collaborazione

3 High-p T QCD jets g g q q Bosone di Higgs g t H g Misure di precisione: fisica del B e del top Oltre lo SM: SUSY, UED Programma di ricerca W, Z q q Higgs m H =150 GeV g g SUSY Fisica a LHC

4 SUSY & mSUGRA Massa dei bosoni alla scala di GUT - m 0 Massa dei bosoni alla scala di GUT Massa dei fermioni alla scala di GUT - m 1/2 Massa dei fermioni alla scala di GUT Accoppiamento trilineare - A 0 Accoppiamento trilineare Rapporto tra i valori di aspettazione sul -tan(β) Rapporto tra i valori di aspettazione sul vuoto dei campi di Higgs Parametro di massa del superpotenziale - sign (µ) Parametro di massa del superpotenziale La supersimmetria è una simmetria che associa un fermione (bosone) ad un bosone (fermione) con stessa massa e stessi numeri quantici. Particolarmente interessante perché risolve i problemi di naturalezza dellHiggs se la scala di massa è di 1TeV. Difficoltà:la minima estensione dello SM (MSSM) prevede 105 parametri e non osserviamo i superpartner. La rottura del MSSM (non spontanea perché non rinormalizzabile) fornisce massa alle particelle. In mSUGRA i parametri in gioco sono 5: R-parità : numero quantico moltiplicativo conservato -1 per le SUSY +1 per le SM Conseguenze : R = (-1) 3(B-L)+2S = 1.Le particelle SUSY vengono prodotte in coppia 2.La particella più leggera (L ightest S upersymmetric P article ) è stabile; di solito è identificata nel, particella massiva, neutra e debolmente interagente ENERGIA MANCANTE

5 Di solito si osservano i parametri di massa, fissati gli altri. I constraints allo spazio dei parametri sono di varia natura: TEORICI:la rottura elettrodebole della SUSY(EWSB) esclude le regioni a piccola m 1/2 e grande m 0 e ciò in base ai limiti del TEVATRON sulla massa del top SPERIMENTALI:le regioni a bassa massa sono escluse dai limiti su: - massa dellHiggs ( m ho SM > 114.4 GeV, LEP ), - massa del chargino ( m > 103 GeV, LEP), - br(bs ) ((3.55+/-0.26)*10 -4,CLOE,BELLE,BaBar), DARK MATTER (se supersimmetrica): - regioni a bassa m 0 escluse se stau è LSP, - Relic Density: fissata tan(β) i limiti di WMAP ( 0.094 < CDM h < 0.129 ) restringono la regione m 0 - m 1/2 ad una banda stretta Limiti su mSUGRA ATLAS investiga quattro diverse regioni legate alla Cold Dark Matter

6 Produzione dominata da gluini e squark, dipendente dalle loro masse Lunghe catene di decadimento terminano con la LSP Produzione SUSY a LHC Fenomenologia degli eventi (se R-parità conservata): Jet di alto impulso provenienti dal decadimento di gluini e squark Grande energia trasversa mancante (rispetto allo SM) dovuta alla LSP Leptoni, b-jet e tau-jet di alto impulso (dipendenti dai parametri del modello ) l q q l g ~ q ~ l ~ ~ ~ pp

7 Golden Channel: Jet+ Etmiss+n leptoni Strategie di ricerca Set di tagli cinematici per ridurre il fondo SM su variabili che presentano deviazioni dallo stesso E necessaria una buona stima del background: - Etmiss da eventi di SM con neutrini energetici ( W+jet, Z+jet, t t ) - Fake Etmiss e leptoni da rivelatore - Esempi di background da detector: - Risoluzione dei jet con code non gaussiane possono influire su : cattiva mappatura delle celle Etmiss misidentificata se diretta come un jet Jet non ricostruiti se in zone oscure (crack,etc..) - Jet leggeri identificati come elettroni - Efficienza di ricostruzione dei leptoni

8 L~ 10 33 cm -2 s -1 una settimana un mese un anno Potenziale di scoperta di LHC Nei primi anni la luminosità e prevista essere: L~ 10 31-32 cm -2 s -1, il che corrisponde ad una luminosità integrata di 10-100 pb -1 al mese (10 6 s) di presa dati. Nei primi anni oggetto di studio sarà la calibrazione del rivelatore.

9 Ricerche a 1fb ^-1 Potenziale di scoperta a 5 con S>10 e (S/sqrt(B))>5, incluso fattore 2 di incertezza su generatore MC S.Yamamoto SUSY07 (Karlsruhe, July 06, 2007) ATLAS ha un potenziale di scoperta per una scala di massa di 1 TeV con i primi dati per ogni topologia di eventi L~ 10 32 cm -2 s -1 (1 anno di presa dati)

10 Esempi di ricerche inclusive(1/2) Ricerche Inclusive: ricerca di deviazioni dallo SM e della scala di massa della nuova fisica ( Meff ~min(, ) ) SELEZIONE SUSY: 1 st jet: pT >100 GeV 4jets con pT>50 GeV ETMISS > 100 GeV Transverse sfericity ST>0.2 Esclusi Muoni ed elettroni isolati con pT>20 GeV IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO L~ 10 33 cm -2 s -1 (1 anno di presa dati)

11 IFAE 2007 NAPOLI U. DE SANCTIS - MILANO Esempi di ricerche inclusive(2/2) Meff SELEZIONE SUSY: 1 st jet: pT >100 GeV 4jets con pT>50 GeV ETMISS > 100 GeV Transverse sfericity ST>0.2 Muoni ed elettroni non isolati con pT>10 GeV 10 fb -1 L~ 10 33 cm -2 s -1 (1 anno di presa dati)

12 Ricerche esclusive : Caratterizzazione nuova fisica nei diversi punti di benchmark con misure di masse, spin, etc. Una delle segnature più chiare è dovuta endpoint nelle masse invarianti(non cè picco perchè invisibile. Esempi di ricerche esclusive (1/2) +4vincoli sulle masse invarianti m( + - j) min e max e m( j) Da tali endopint è possibile ricavare le masse delle particelle coinvolte usando dei vincoli. L=30 fb -1 SU3 L~ 10 33 cm -2 s -1 (3 anni di presa dati)

13 Esempi di ricerche esclusive(2/3) m ^ Spin 0 ql - ql + Spin 1/2 Probabilità Misure di spin: è possibile ricavare la polarizzazione del nel suo sistema di riferimento a riposo in virtù della distribuzione angolare non isotropica dei prodotti di decadimento che si ritrovanellampiezza di massa invariante ss ss A )( ql md d s quark near lepton χ20χ20 θ*θ* ~ ^^ ql - ql + 4sin 3 (½θ*) = 4m 3 ^ 4cos 2 (½θ*) sin (½θ*) = 4m(1-m 2 ) SU3

14 Esempi di ricerche esclusive(3/3) Il gruppo ATLAS di Napoli è stato impegnato nello studio della fattibilità della misura dello spin del neutralino con una tesi di laurea (E.Musto) ed una di dottorato (A.Migliaccio). Risultati ottenuti presentati ad IFAE 2007 (M. Biglietti) e pubblicati in due note della collaborazione ( ATL-COM-PHYS-2007-078, ATL-PHYS-CONF-2007-020 ) Asimmetria SU3 SFOS-OFOS L=100 fb -1 L=30 fb -1 Asimmetria SU1 SFOS-OFOS esattamente 2 leptoni SFOS p T > 6 GeV, | | < 2.5 E T isol < 10 GeV in R<0.2 (criterio isolamento leptoni) 2 jet più energetici Preselezione + selezione: Tagli aggiuntivi : endpoint cinematici L~ 10 33 cm -2 s -1 (10 anni di presa dati) L~ 10 33 cm -2 s -1 (3 anni di presa dati)

15 BACKUP

16 SU3 ( Bulk ) SU3 ( Bulk ) ( ~19.53 pb) produzione locale Fast simulation : produzione locale (HERWIG)+ Fast simulation : 30 fb -1 30 fb -1 (Napoli ATLAS-Tier2) SU1 ( Co-annihilation ) SU1 ( Co-annihilation ) ( ~7.8 pb) produzione locale Fast simulation : 220 fb -1 produzione locale (HERWIG)+ Fast simulation : 220 fb -1 (Napoli ATLAS-Tier2) Fondo Modello Standard: Fondo Modello Standard: Fast simulation : +2,3,4,5 jet ; 20 fb -1, : 3,4,5 jet ; 20 fb -1, : 3,4,5 jet ; 20 fb -1, : +0,1,2 jet >3 jet : +0,1,2 jet >3 jet 100 200 fb -1 Dati analizzati: W+jet W+jet t t ( l l, l qq )+ jet t t ( l l, l qq )+ jet Z+jet Z+jet - -