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Primo studio della sensibilità del rivelatore CMS al decadimento proibito t m+m-m- Santinelli Roberto - INFN Perugia Firenze , 2 6 Novembre 2001. OUTLINE. Il canale t 3m Produzione del leptone tau ad LHC Studio del segnale Studio del fondo Osservabilita’ del segnale
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Primo studio della sensibilità del rivelatore CMS al decadimento proibito t m+m-m-Santinelli Roberto -INFN PerugiaFirenze, 26Novembre 2001
OUTLINE • Il canale t3m • Produzione del leptone tau ad LHC • Studio del segnale • Studio del fondo • Osservabilita’ del segnale • Analisi a livello di fast simulation • Primi risultati a livello di full reconstruction in ORCA
Il canale t3m • Nello SM non e’ previsto • Susy without R-parity fornisce una stima del BR accessibile ai moderni esperimenti • Attuale limite :BR=1.9E-6 (Cleo II) (verra’ usato questo numero nella analisi) • Segnatura unica del segnale
Produzione prevista di leptoni tau ad LHC PYTHIA 6.152 e la funzione CTEQ4L stot (pp->t+X)=120mb s(ppW t+n)=15nb; s(ppZ t+t)=32nb
SEGNALE:criteri di selezione • Trigger • LvL_1(1 mu con Pt > 7 GeV, abs(teta)<0.8) • Identificazione • 3 muoni • Pt> 3GeV • Carica totale ±1 (non implementato) • Topologia • Vertice secondario comune • Significance Parametro di impatto (non implementato) • Massa • Massa ricostruita dei tre mu =1.777 GeV
FONDO Principali sorgenti di muoni ad LHC • Mesoni pesanti (D & B ) • Higghs • Da interazioni primarie • Bosoni di Gauge (Z,W) • Dal t • Misidentificazione e/o decadimenti di pioni e kaoni (non prompts muons) • Raggi cosmici
Eventi con 3 muoni da un unico adrone B(D) Si richiede la presenza di cascate in cui compaiono decadimenti rari dei mesoni : f,w,r,h,h’ Globalmente BR(bb3mu)=9x10^-6 BR(cc3mu)=8x10^-6. esempio di cascata (usata poi nell’analisi) Bs m +nm+DsK(o p or)+fm-m+. Ds m+ nm +fm-m+.
Simulazione & Ricostruzione 1.Fast Simulation • s(pt)/ pt =3% • s(q)=0.001rad • s(f)=0.001rad • s(Ldec)=100mm 2.Full simulation & reconstruction • cmsim 121 • ORCA_4_5_4 • Analisi e risultati ultimati con 1. • Risultati preliminari con 2.
Taglio no.1 per la REIEZIONE DEL FONDO Massima differenza fra la posizione del vertice ricostruito fra due tracce muoniche minore di 0.5 mm
Massima differenza della lunghezza di decadimento Taglio del massimo della differenza delle lunghezze di decadimento per segnale e fondi Eventi cc Eventi bb Segnale
Taglio no.2 per la REIEZIONE DEL FONDO Minima differenza fra la massa ricostruita di due muoni con la massa della phi minore di 100MeV Mf=1.020GeV
Combinatorio delle masse di due muoni Eventi cc Trasparenza con il taglio sulla massa di due mu (GeV) Eventi bb (GeV) Segnale (GeV)
Massa ricostruita dei tre mu nell’intervallo della massa del tau Taglio no.3 per la REIEZIONE DEL FONDO
Massa ricostruita s=27 MeV
Dopo un anno a bassa luminosita’ con una fast simulation Ipotesi 1:BR(t3m)=1.9E-6 Ipotesi2:solo eventi con phi
Osservabilita’ • S= eventi di segnale attesi in un anno 74±5 • B=eventi di fondo complessivo in un anno=125±12 • Rapporto S/sqrt(B)=6.8 • Dopo un anno di presa dati a bassa luminosita’ si puo’osservare una scoperta a 5s con un BR 1.4E-6 • Dopo 2 anni a bassa luminosita’: 9E-7 • 1 anno alta luminosita’: 4.5E-7 (no pile up)
Full simulation & reconstruction **Farm appena arrivata a PG (non utilizzata)**
(1/PtL2-1/Ptsim)/ 1/Ptsim (1/PtL3-1/Ptsim)/ 1/Ptsim
Rejection mass Signal Main Bkg
Dopo un anno a bassa luminosita’ da una full simulation Stessa efficienza migliore rejezione Ipotesi 1:BR(t3m)=1.9E-6
Conclusioni • Primo studio dell’osservabilita’t3m • Studio con fast simulation mostra osservabilita’a circa 7s dopo un anno a bassa luminosita’ • Fondamentale la risoluzione spaziale e dell’impulso dei muoni • Studio preliminare con full simulation & reconstraction incoraggiante
Da fare • Studio del fondo non fisico • Studio dettagliato del trigger con il tracciatore • Separazione fondo-segnale con vertice secondario e parametro di impatto. • Analisi ad alta luminosita’ considerando il pile up. • Statistica e altri samples di eventi possibili.