A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 1 Highlights dal Tevatron Non rassegna di risultati ma rassegna specifica di: tematiche metodologie sensibilita.

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1 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 1 Highlights dal Tevatron Non rassegna di risultati ma rassegna specifica di: tematiche metodologie sensibilita prospettive Laccento e sul lascito a LHC A. Castro - Universita di Bologna

2 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 2 Il Tevatron Collider p pbar : – Energia CMS =2 TeV – 36x36 pacchetti, separati da 396 ns – 2 punti collisione antiproton recycler (accumulatore) Electron cooling (questanno) Operativo dallAutunno 2005 aumento 40% in Luminosita

3 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 3 Luminosita del Tevatron 300 pb -1 ~ 1 fb -1 Luminosita di picco Lumin. integrata / Esperimento 2002 2003 2004 2005 2006 Luminosita di picco record: 2.2 x10 32 cm -2 s -1 Luminosita integrata: – record settimanale: 33 pb -1 /settimana/expt – Totale fornita: 1.7 fb -1 /expt. Totale registrata: 1.5 fb -1 /expt Futuro: ~2 fb -1 by 2006, ~4 fb -1 by 2007, ~6-8 fb -1 by 2009

4 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 4 Futuro del Tevatron Siamo Qui Da 4 a 8 fb-1

5 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 5 Fisica al Tevatron con 1 fb -1 1.4 x 10 14 1 x 10 11 6 x 10 6 6 x 10 5 14,000 5,000 1000~100 100 ~10 (barn) QCD Heavy Flavor ElectroWeaK TOP Quark NEW Physics

6 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 6 Programma al Tevatron - I - Misure di precisione dello Standard Model – Parametri fondamentali: M W, M top, … – Spettroscopia: X(3872) ->J/, B 1, B 2 *, B s2 *, pentaquarks, … – Produzione heavy flavor, decadimento: B, B c+, B, B -> DD,, K, … B d, B s mixing, violazione di CP: A cp (B hh), A cp (D 0 -> K ), A SL, … –Parton distribution functions: u(x)/d(x), g(x), … – Sezioni durto: W, Z, tt, …

7 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 7 Programma al Tevatron - II - Ricerche (oltre) SM (dirette e indirette) – Higgs – Supersimmetria – Large extra dimensions – Nuovi bosoni di gauge – Nuovi fermioni – Ricerche signature-based –…..

8 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 8 Rivelatori al Tevatron Trigger L2 su vertici displaced Eccellente risoluzione tracking Eccellente ID e accettanza per Eccellente accettanza tracking | | < 2-3 Entrambi i rivelatori Silicon microvertex tracker Solenoide High rate trigger/DAQ Calorimetri e muoni CDF DØ

9 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 9 Avviso In molti casi risultati di CDF e D0 simili Anche le tecniche sono simili Talvolta D0 presenta risultati con minore luminosita (per il momento) Misure importanti (M W, Mtop, tt ) vengono/verranno combinate Per semplificare la esposizione, ed evitare duplicazioni e parlero soprattutto di CDF (senza nulla togliere a D0!)

10 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 10 TOP: Dalla scoperta alle misure di precisione Analisi finali Run 1 ~110pb -1 ~ 30 eventi per esperimento Run 2: era della precisione! Raccolto > 1 fb -1 ~ *10 piu dati (finora) Il Tevatron e il solo posto dove studiare il top fino allera LHC Il Top ha compiuto 11 anni!

11 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 11 Fisica del Top Coppie Top: (tt) ~7 pb Rate produzione top Massa del top Elicita W in eventi top Test di QCD Nuova fisica in X tt Accoppiamenti anomali, nuove particelle Top singolo: (tb) ~3 pb |V tb | Test QCD Nuova fisica?

12 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 12 Il Top e speciale! La fisica del top e diversa: La vita media del top e brevissima: decade prima di adronizzare Non ce spettroscopia a differenza del b Momento e spin sono transferiti ai prodotti di decadimento Sonda la fisica a scale piu alte rispetto agli altri fermioni Top (o top pesante) protagonista di modelli EWSB: - Higgs, Top Color, …. E solo Top?

13 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 13 Produzione del Top (collider adronici) Run 1Run 2LHC ppbar pp E CM 1.8 TeV1.96TeV14 TeV qq 90%85% 5% gg 10%15% 95% tt 5.0 pb 6.7 pb 830 pb 85% 15%

14 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 14 Produzione di Top (altra) Standard Model: Produzione Top singolo p t t p X Produzione risonante? Top Color-Assisted Technicolor Altro??

15 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 15 TOP: Misura di sezioni durto One of the first things to measure is the top pair production rate. Perche e importante misurare il rate di produzione? Sezioni durto maggiori del previsto possono indicare meccanismi di produzione non-standard model Stato risonante X tt OPPURE Accoppiamenti anomali in QCD Puo essere indicazione di nuova fisica! Sezione durto di produzione N eventi - N fondo (tt) L uminosita *

16 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 16 TOP: Sezioni durto Misura di conteggio Leptoni ad alto Pt Selezioni cinematiche, NN b-tagging (vertice, soft- ) Canali e tecniche differenti, tutti in accordo Precisione al 14%, Non ce ancora il risultato combinato Tevatron Goal Tevatron: 10% incertezza/esperimento con 2 fb-1

17 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 17 TOP: Sezione durto

18 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 18 TOP: Misura della Massa La misura diretta di M top : E un test delle previsioni SM Vincola la massa dellHiggs Fondamentale per EWSB Goal Run II: < 3 GeV con 2 fb -1 Gia ottenuto! Goal LHC: < 1 GeV with 10 fb -1 Il Tevatron arrivera prima? Combinatoria: Che jet assegnare a quale quark? Radiazione aggiuntiva (ISR/FSR)? E una misura difficile!

19 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 19 TOP: Misura Massa (Matrix Element) Informazioni cinematiche e dinamiche Calcolare probabilita che levento sia segnale in funzione di M top per un insieme di misure (x) per jet e leptoni Prob. fondo simile, ma non dipende da M top JES e parametro libero, vincolabile a M W

20 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 20 TOP: Misura Massa ( Template) 1) Valutare per ogni evento la migliore massa ricostruita, Mrec, (es..: 2 fit) 2) Creare templates, cioe previsioni MC per Mrec usando diversi Mtop. Misurare Mtop con fit di likelihood su Mrec dei dati in confronto ai template segnale + fondo la misura e pesantemente dipendente dalla JES

21 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 21 TOP: Jet Energy Scale Effetto circa 3% di M top Calibrazione Standard (dijet, -jets etc) Template per M W vs JES Migliorare JES fittando Mtop e JES usando W jj

22 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 22 TOP: Fit della JES (lepton+jets) Le incertezze sulla JES sono la principale sorgente di sistematica Fit simultaneo per M W->jj e M bjj usando template 2D per Mtop e JES Con 680 pb-1 la misura l+jets fornisce la migliore misura singola e migliora la sistematica JES del 40% usando la calibrazione in-situ

23 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 23 TOP: Massa del Top (dilepton) Eventi con 2 leptoni: Sistema under-constrained: due neutrini ma solo una misura di MET Si ricorre alla tecnica Matrix Element 1 fb-1

24 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 24 TOP: Massa del Top (all-jets) Stato finale completamente ricostruito Metodo template (al momento) M top = 174.0 +- 2.2 (stat) +- 4.8 (syst) GeV/c 2 1 fb-1

25 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 25 TOP: Misura Massa (Lxy) Insensibile alla JES Necessita simulazione Lxy Statisticamente limitato

26 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 26 Top: Massa Combinata (Tevatron) M top determinato allo 1.2%! Risultati eccellenti in ciascun canale Combinazione CDF+D0, Run-I+Run-II Considerate tutte le correlazioni Incertezze: M t (stat) = 1.2 M t (JES) = 1.4 GeV/c 2 M t (syst) = 1.0

27 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 27 Top: Produzione singola Via interazione debole Misura diretta di Vtb. Cinematica intermedia tra non- top e segnale top Background elevato (S/B~1/20) -> tecniche sofisticate. Leptone+MET+2jet (>=1 btag) Canali s e t assieme e separati Produzione canale s (W*)

28 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 28 Top: Produzione singola (limiti) 2 analisi: 1.Neural Network 2.Multivariate Likelihood function I limiti di esclusione al 95% osservato (atteso) si avvicinano alle attese SM! Proiezioni (ignorando sist): Eccesso 2.4 con 1 fb -1 Eccesso 3 con 1.5 fb -1 CDF (695 pb -1 )

29 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 29 TOP: Risonanze tt ? Limiti 95% c.l. su X0 Esclude Z leptofobica Mz < 725 GeV Si cerca una risonanza spin 1 (X 0 ) Si assume X0 = 1.2% M X0 Test masse tra 450 e 900 GeV (incremento di 50 GeV)

30 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 30 TOP: Il Futuro Misure al Tevatron continuano a migliorare In definitiva la sistematica a TeV o LHC sara legata probabilmente alla JES Mtop aiutera a calibrare i rivelatori LHC Superato il goal del Run-II M top con precisione <1% al Tevatron

31 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 31 HF: B S Mixing Sistema Mesoni B S neutri mistura di due autostati di massa (caso senza violazione di CP) B H e B L possono avere masse e larghezze differenti m S =M H -M L (>0 per defin.) = H - L ~0 Right Sign Probabilita decadimento

32 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 32 HF: Cercando il B S mixing vertexing (same) side opposite side e, Jet 1 4 4 3 2 5 1.Raccogliere quanti piu B s possibile Trigger (SVT) 2.Estrarre il Signale Sapore B s al decadimento inferito dai prodotti di decadimento 3.Misurare il tempo proprio di decadimento del mesone B s L00, vertice primario (per evento), risoluzione temporale del decadimento specifico 4.Determinare il sapore di produzione B s (flavor tagging) PID (TOF, dE/dx) Flavor tag quantificato dalla Diluizione: D=1-2w, w = probabilita mistag 5.Misurare lasimmetria tra eventi unmixed e mixed In practica: fit di likelihood per le distribuzioni attese unmixed e mixed

33 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 33 HF: 1) Identificare produzione B S b b B d, B +, b, … BsBs B) Same Side Tag (SST) Inferire sapore produzione sapendo il sapore delle tracce di frammentazione K- A) Opposite Side Tag (OST) Inferire sapore produzione sapendo sapore dellaltro b nellevento Produzione al Tevatron di adroni B: Prodotti principalmente in coppie bb b e b adronizzano indipendentemente

34 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 34 HF: 2) Identificare decadimenti B S Decad. semileptonici CDF 1 fb -1 Events / 0.001 GeV/c 2 Massa B s (GeV/c 2 ) CDF 1 fb -1 Decad. adronici Massa D S (GeV/c 2 )

35 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 35 HF: 3) Misurare tempo decadimento B S Determinare tempo proprio di decadimento a partire dallo stato finale: + Ds-Ds- LTLT production vertex Bs decay vertex + ~87 fs ~ ¼ T

36 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 36 HF: Asimmetria B S Right Sign Wrong Sign nomix mix

37 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 37 HF: Asimmetria B S Da considerare gli effetti del rivelatore! Rivelatore ideale Tag realistico + Risoluzioni vertice/momento realistiche

38 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 38 HF: Scan dei dati mixing B S Trasformata di Fourier al dominio delle frequenze Determinare ampiezza per m s fissato Scansione di m s : Ampiezza = 1 per il vero m s, 0 altrimenti m s = 17.77±0.10 ± 0.07ps -1 Probabilita fluttuazione random : 8x10 -8 = 5.4 Settembre 2006

39 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 39 HF: Oscillazioni dei B S Oscillazioni di sapore dei B s : Media mondiale m s > 14.4 ps -1 (Estate 2005) DØ (1 fb -1 ) Marzo 2006 17 < m s < 21 ps -1 at 90% CL hep-ex/0603029 2. da 0

40 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 40 Mixing nello SM 1 : [16.8, 24.8] ps -1 2 : [15.5, 31.3] ps -1 from m d Lower limit on m s from m d / m s CKM Fit Result: m s = 18.3 +6.5 -1.5 ps -1

41 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 41 HF: Altro sui B Significance > 6 Osservazione dei decadimenti esclusivi di B c L = 800 pb -1 CDF M(B c )=6275.2 ± 4.3 ± 2.3 MeV (Best in the world) World's best limits: BR( Bs-> )< 1.0x10-7 @95% CL BR( Bd-> )< 3.0x10-8 @95% CL CDF L = 780 pb -1 Ricerca di FCNC in D L = 1000 pb -1 DØ 1 fb -1 DØ Violazione CP nel Mixing L = 1000 pb -1

42 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 42 EWK: Massa della W Non ce ancora la misura, ma statistica sufficiente per migliorare LEP2 M W estratta dal fit del limite Jacobiano di M T (W)

43 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 43 EWK: Proiezioni Massa della W Incertezze che non scalano con la luminosita: PDFs, d (W)/dp T, QED/QCD ordini superiori Proiezioni Tevatron per M W : Incertezze estrapolate da Run 1b Incertezze che scalano con luminosita: Incertezze statistiche Scala energia/momento, rinculo adronico contro W Precisione attesa tra 20 e 30 MeV

44 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 44 EWK: Massa W vs Massa Top Misure di precisione di M W e M top vincolano la massa dellHiggs limite LEP Diretto : M H > 114 GeV @ 95% Vecchia M top CDF/D0 (174.1 2.1 GeV) & nuova M W LEP (80.392 0.029 GeV) M H = 85 +39 -28 GeV M H < 166 GeV @ 95 % CL

45 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 45 EWK: Altri risultati Asimmetria avanti-indietro Drell Yann CDF L = 180 pb -1 Misura diretta larghezza W DØ L = 350 pb -1 CDF Sezione durto WW/WZ l jj e ricerca Accoppiamenti Anomali Asimmetria di carica per W

46 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 46 HIGGS: Produzione/Decadimento SM M H =140-110: (WH+ZH)=100-300 fb M H =180-140: (gg H)=150-500 fb (MSSM/SM) ~ 1-100

47 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 47 HIGGS: Segnature (bassa massa) ZH bb 2 b jet ~ 1/2 M H 0 leptoni Missing E T ~ 100 GeV Il segnale atteso + grande WH l bb 2 b jet ~ 1/2 M H 1 leptone ~ 50 GeV Missing E T ~ 50 GeV La di produzione + alta ZH l + l - bb 2 b jet ~ 1/2 M H 2 leptoni ~ 50 GeV Vincolo massa Z Il segnale + pulito

48 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 48 HIGGS: Limiti osservati AnalisiLimite CDF @ M H = 115 GeV (fattore sopra SM) Limite D0 (fattore sopra SM) ZH -> bb Include WH (miss lep) (14) 3.4 pb (41) WH -> l bb 3.4 pb (23) 2.4 pb (16) ZH -> ll bb 2.2 pb (27) 6.1 pb (75)

49 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 49 HIGGS: Limite combinato Sensibilita attesa entro un fattore 5-10 da SM per 110< M H <200! ~15 risultati CDF+D0 combinati (250-1000 pb -1 ) Ulteriore sensibilita attesa da nuovi dati e applicazione di miglioramenti noti a tutti i canali

50 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 50 HIGGS: Prospettive al Tevatron Con 1 fb-1 si osservano sezioni durto o(1 pb) in stati finali simili a Higgs SM ~10 WZ leptoniche in 1 fb -1 ~10 2 WW in 1 fb -1 ~10 3 W,~10 2 Z in 1 fb -1 ci aspettiamo ~ *8 piu dati la sensibilita sperimentale migliorera: b-tagging + esteso risoluzione jet migliore CDF and D0 cercano con entusiasmo l Higgs

51 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 51 QCD: Produzione inclusiva di Jet L = 1 fb -1 Run 2: Buon accordo con previsioni NLO Algoritmo Midpoint cono con R=0.7 (collinear/infrared safe) Jet centrali: 0.1<|y jet |< 0.7 Coperti + di 8 ordini di grandezza

52 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 52 QCD: Produzione inclusiva di Jet Accordo su 10 ordini di grandezza!

53 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 53 QCD: Altro sui Jet Algoritmo KT buono per Colliders Adronici L = 980 pb -1 CDF Sezione durto B Jet in accordo NLO L = 300 pb -1 CDF L = 326 pb -1 inclusiva, Errore ~20%, Per ~fb -1 puo vincolare PDFs del gluone ad alto x Piu alto p T ( ) e 442 GeV/c DØ L = 343 pb -1 Produzione Z+jet in accordo con MCFM, Madgraph DØ

54 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 54 Lera del Femtobarn I nuovi dati in arrivo daranno: Miglioramento statistico Migliori calibrazioni (minori sistematiche) Aumento della sensibilita a processi o(1 pb): Higgs? SUSY? Risonanze? CDF/D0 si aspettano di avere ancora molto da dire Il programma di Fisica Standard Model e ricco e vitale (top, W, HF). Si comincia ad avere sensibilita a proprieta/eventi inattesi.

55 A. Castro - CMS/ATLAS workshop - Bologna 2006 55 Lascito a LHC LHC ereditera (tra le altre cose) Determinazione precisa di m s e vincoli sulla fase CP nel settore B S Precisione su M top ( M top = 1.0-1.5 GeV/c 2 ) e M w ( M w =15-25 MeV/c 2 ) Spazio dei parametri per Nuova Fisica piu ristretto Massa dell Higgs ?