1 / 21

Ricerca dei bosoni di Higgs a LHC

Ricerca dei bosoni di Higgs a LHC. Riccardo Ranieri INFN e Università di Firenze XVI Ciclo di Incontri di Fisica delle Alte Energie Torino, 14-16 Aprile 2004. ATLAS & CMS a LHC. Rivelatori ottimizzati per la ricerca del bosone di Higgs e nuova fisica grande energia: LHC pp √s=14TeV

ata
Download Presentation

Ricerca dei bosoni di Higgs a LHC

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ricerca dei bosoni di Higgs a LHC Riccardo Ranieri INFN e Università di Firenze XVI Ciclo di Incontri di Fisica delle Alte Energie Torino, 14-16 Aprile 2004

  2. ATLAS & CMS a LHC • Rivelatori ottimizzati per la ricerca del bosone di Higgs e nuova fisica • grande energia: LHCpp √s=14TeV • sezione d’urto: σpp=55mb • frequenza di interazione: 40MHz • alta luminosità: 2x1033cm-2s-11034cm-2s-1 • per anno: 20fb-1100fb-1 • rivelatori immensi • CMS: 15mx21.5m • ATLAS: 25mx46m CMS = Compact Muon Solenoid LHC = Large Hadron Collider CERN – Ginevra …a partire dal 2007… ATLAS = A Toroidal LHC ApparatuS Higgs a LHC

  3. Settore di Higgs SM m2 /v Vuoto “vuoto” W,Z -v4/24 mf/v (Il nostro vuoto) m2/v2 H m2/v H Dal meccanismo di Higgs… …e dall’Invarianza di Gauge: mZ=mW/cosθW mW = gv/2 ( v  250 GeV/c2) Vacuum Expectation Value Tutti gli accoppiamenti predetti (sconosciuto) m2 = v2/3 H Phys.Lett.12(1964)132-133 Phys.Rev.Lett.12(1964)508-509 Phys.Rev.145(1966)1156-1163 Phys.Rev.Lett.13(1964)321-322 Phys.Rev.Lett.13(1964)585-587 Massa sconosciuta Modello Standard (SM) Higgs a LHC

  4. Settore di Higgs MSSM hep-ph/9712464 • Estensione minimale del Modello Standard (MSSM) • si introducono 2 doppietti scalari • 5 stati fisici • 3 bosoni di Higgs neutri • 2 bosoni di Higgs carichi • tree level: 2 parametri liberi • tanβ rapporto tra i valori di vuoto dei 2 doppietti scalari • mA massa del bosone di Higgs pseudoscalare h H A CP-even CP-odd H± Higgs a LHC

  5. Massa dei bosoni di Higgs Higgs Mass [GeV/c2] mH, mA e mH± degeneri per mA>140 GeV/c2 mh cresce con mA fino alla saturazione: mh<130 GeV/c2 Phys.Rev.D66:055004,2002 hep-ph/0205160 • Born level • mh<mZ • mA<mH • mW<mH± • Correzioni da loop • dipendono da masse di top e s-top, mixing, … • modificano le relazioni precedenti • importanti per h per mA/mZ>>1h MSSM si comporta come un bosone di Higgs SM Higgs a LHC

  6. Massa del bosone di Higgs SM triviality vacuum stability ¿ Evidenza di un segnale mH=115 GeV/c2 dai dati di LEP2 ? CERN-EP/2003-011 CERN-EP/2003-091 hep-ex/ 0312023 mH<193 GeV/c2 @ 95% CL mH>114.4 GeV/c2 @ 95% CL Higgs a LHC

  7. Produzione Higgs SM a LHC • Produzione associatattHe bbH • leptone di alto pT ericostruzione top - - • Gluon Fusion • la sezione d’urto più alta • Vector Boson Fusion • 2 jet in avanti di alto pT • Produzione AssociataWHe ZH • unoodueleptoni ad alto pT per il trigger Higgs a LHC

  8. Decadimenti SM Higgs 2mZ LEP excluded Higgs “leggero” • decadimenti adronici e ττfavoriti • ma difficili da selezionare • decadimenti in bosoni vettori • canali “golden” • decadimenti in due fotoni • estremamente “puliti” ma scarsi e di difficile rivelazione Higgs a LHC

  9. Higgs “leggero”: H→ • sezione d’urto molto piccola • σ(ppH115)xBr(H)=76fb • S/B≈10-2 • il calorimetro elettromagnetico è fondamentale • simulazione completa del rivelatore • produzione inclusiva di H • K-factor NLO • σxBR[mH=120GeV/c2]=91fb • 3 diversi fondi • irriducibile: gg/qq→ 81pbxK[=1.2/1.5] • +jet (secondo reale o “fake”) 9x104pbxK[=1(2,40%);1.72(1,60%)] • jet adronici QCD con deposito di energia elettromagnetica da decadimenti di adroni neutri 108pbxK[=1] • Ottima risoluzione su mH=m • 0.7% per mH=110GeV/c2 • calorimetro elettromagnetico… • Buone probabilità di scoperta con 30fb-1 per mH<140GeV/c2 • calorimetro elettromagnetico… CMS AN 2003-009 Higgs a LHC

  10. - Higgs “leggero”: ttH(→bb) - - • la conoscenza del fondo ttjj domina le incertezze sistematiche • incertezza ridotta al 10% con 30fb-1 • canale molto difficile da studiare in ambiente adronico • significatività S/√B inferiore a 5 con 30fb-1 (2-3 anni a bassa luminosità) - - • sezione d’urto bb grande • σ(ppH115)xBr(Hbb)=28pb • S/B<10-7 • si sfruttano i decadimenti dei due quark top • t→bW(→μν) • t→bW(→jj) • stato finale “affollato” • 6 jet (4 sono b-jet) • si richiedono almeno 2 b-jet • 1 leptone isolato • è la chiave per il trigger • analisi ottimizzata • pν da μe vincolo su mW • likelihood pairing dei jet ATL-PHYS-2003-024 Higgs a LHC

  11. Higgs “pesante”: H→ZZ(*)→4μ • Il canale “golden” • 2 picchi Z→μ+μ-ben definiti • per mH>2mZ: Z reali • simulazione completa del rivelatore • sezioni d’urto NLO • trigger • studio dei principali fondi • riducibili: tt, Zbb • isolamento μ • ricostruzione Z (mZ) • irriducibile: ZZ • fattore limitante (pT) - - • Luminosità richiesta per scoperta a 5σ: • 10÷30fb-1 per mH>2mZ • 3-4 anni • fino a 100fb-1 per mH<2mZ • run ad alta luminosità CMS AN 2003-005 CMS AN 2003-007 μ Higgs a LHC

  12. SM Higgs: potenziale di scoperta • Dopo i primi T0+2anni tutto lo spettro di massa è coperto da più di un canale • l’eccesso di LEP è al limite… • Una volta calibrati e compresi i rivelatori (T=T0)… • dopo i primi T0+2anni (≈30fb-1) 7σ su tutto lo spettro di massa • gran parte dello spettro di massa può essere esplorato nel primo anno (10fb-1) Higgs a LHC

  13. Higgs neutri MSSM a LHC - • Produzione: • gg→A/H • pp→A/Hbb • Gli accoppiamenti a bosoni e fermioni sono modificati rispetto al Modello Standard dal mixing Higgs neutri (α) • alto tanβ • favoriti i decadimenti h/H/A→bb,ττ • piccolo mixing α • h→bb,ττsoppressi - - Higgs a LHC

  14. Ricerca di H e A a LHC • Molti canali di decadimento • “SM like” • h→,bb • H→4ℓ • specifici MSSM • A/H→μμ,ττ,bb • H→hh • A→Zh • H±→τν • se le s-particelle SUSY sono accessibili • H/A→22 • 2→h1 • Copertura totale del piano (mA,tanβ) con 30fb-1 • regione ad alti tanβ e mA è la più accessibile • in gran parte del piano solo h è rivelabile - - 0 0 Limiti 95% CL 0 0 LHWG Note 2001-004 hep-ex/0107030 Higgs a LHC

  15. H/A→μ+μ- • Per alto tanβ aumenta BR(A/H→μ+μ-) • gg→bbA/H • mA/H=130GeV/c2 • tanβ=30 • Simulazione completa del rivelatore • il segnale è sovrapposizione di decadimenti di A e H • Risoluzione sulla massa invariante μ+μ-: 1% • non sufficiente per risolvere le due risonanze • differenza di massa A/H: 2→5GeV/c2 - CMS NOTE 2003/033 Higgs a LHC

  16. Higgs carichi MSSM • Produzione di H± • se mH±<mt: t→H±b • se mH±>mt: gb→tH± • Decadimenti: • se mH±<mt: H±→τν • se mH±>mt: H±→tb • Limite al 95%CL da LEP: • mH±>78.6GeV/c2 • canali studiati: H±→τν,cs LHWG Note 2001-005 hep-ex/0107031 Higgs a LHC

  17. Ricerca di H± - • mH±<mt • ricerca in eventi tt • leptone da quark top • τda H±→τντ • eccesso di τin eventi tt • la massa di H± non può essere ricostruita • mH±>mt • produzione associata con top • gb→tH±(→τντ,tb) • fondo tt e Wt • stati finali con leptoni τ - - CMS NOTE 2000/039 CMS NOTE 2000/045 CMS NOTE 2002-024 Higgs a LHC

  18. Higgs invisibile jet jet • Molti scenari possibili • neutralini leggeri (SUSY), gravitini, gravitoni,… • Vector Boson Fusion è la produzione dominante (σ≈4pb) • se si eccettua la Gluon Fusion che non si può “vedere” • esperimeno di conteggio • nessuna risonanza • jet in avanti e energia mancante • Mjj>1200GeV/c2 pTmiss>100GeV/c • fondi Wjj e Zjj, QCD multi-jet • studi sul Monte Carlo • vincoli sul fondo • si utilizzano Z→ℓℓ e Z→ℓν • forma della distribuzione Δφjj tra i due jet • importanti effetti del rivelatore • rumore dei calorimetri, pile-up ATL-PHYS-2003-006 10fb-1: ~600 eventi di segnale ~3000 eventi di fondo Higgs a LHC

  19. Vector Boson Fusion • La Vector Boson Fusion contribuisce ad aumentare la significatività del segnale SM Higgs • qqH→qqWW(*) • qqH→qqττ Higgs a LHC

  20. SM o MSSM ? 4 Higgs osservabili 3 Higgs osservabili 2 Higgs osservabili 1 Higgs osservabile • Anche con 300fb-1 rimane una parte del piano in cui solo h è osservabile (a 5σ) • h→,tth→ttbb • Studi in corso sulla distinguibilità tra SM e MSSM • Nuovi canali e possibiltà di confrontare i rapporti di decadimento tra SM e MSSM dalla Vector Boson Fusion • attualmente non inclusa in alcune analisi - - - Higgs a LHC

  21. Conclusioni • Non appena le risposte dei rivelatori ATLAS e CMS saranno capite bene… • potrà essere esplorato in un annol’intero spettro di massa del bosone di Higgs del Modello Standard… • …che potrebbe essere scoperto a 5σ (se esiste) con <30fb-1 (2 anni) • con 100fb-1 (~4 anni) scoperta confermata da più di un canale • con 300fb-1 (>5 anni) tutto lo spazio MSSM (mA,tanβ) potrà essere esplorato • Ancora molto lavoro da fare (…analisi in corso…) • studio e selezione dei Monte Carlo appropriati (segnale e fondi) • analisi complete con simulazioni dettagliate dei rivelatori Higgs a LHC

More Related