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Martina Schäfer

Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration Z e + e - Martina Schäfer. Journées Physique ATLAS France. 5 mai 2004. travail préparé au LPSC sous la direction de:

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  1. Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration Ze+e- Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 travail préparé au LPSC sous la direction de: F.Ledroit (UJF-CNRS) pour l’obtention du DEIRet Th.Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit IEKP Martina Schäfer 1

  2. Modèles pour le Z’ • Limites de découverte • Données utilisées • Analyse • Résumé et perspectives Génération • Cinématiques • DY et l’interférence • Bruit de fond physique • Largeur totale • Section efficace leptonique • Avant/Arrière • Asymétries A_FB Simulation complète • L’identification des électrons • Calibration • Masse reconstruite (largeur) Variables discriminantes Martina Schäfer 2

  3. Modèles pour le Z’ (1) La recherche Z’ est motivée par le grand nombre de modèles au-delà du modèle standard qui possèdent un Z’. Comme il s’agit d’un canal qui sera facilement mis en évidence, c’est un moyen excellent pour distinguer ces modèles. • SSM • Z’ avec les mêmes constantes de couplages que le boson Z « habituel » • Modèles E6 • Modèles effectifs de rang 5 • basés sur GUTS, extensions populaires: SO(10) et E6 • E6SO(10) x U(1)SU(5)xU(1)x U(1)MSxU(1)ß • Z’=sinß Z + cosß Z • étudié: Z, Z et Z Martina Schäfer

  4. Modèles pour le Z’ • Z’(KK): dimensions supplémentaires, Kaluza-Klein • fermions confinés sur un 3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes • ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S1/Z², tous les fermions sur le même « orbifold point » • tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M²n=(nMc)²+M0², Mc échelle de compactification, M0 masse du boson de jauge habituel • Modèles symétriques LR • SU(2)LxU(1)Y du MS étendu à SU(2)LxSU(2)RxU(1) • =gL/gR: rapport des couplages du boson gauche et droit • étudié:  =1 objectif: étude des variables discriminantes Martina Schäfer

  5. Limites de découverte Limites de découverte – directe et indirecte • SSM • >1.5TeV indirect, >690GeV direct • Modèles E6 • >350..680GeV indirect, >590..620GeV direct • Modèles symétriques LR • >860GeV indirect, >630GeV direct • Z’(KK) • 4TeV Mélange entre le Z’ et le Z négligeable Martina Schäfer

  6. Données utilisées • canal Z’  e+e- • basse luminosité, sans pile-up,… • génération avec Pythia (dans le cadre d’Athena) • Z’ à 1.5TeV et 4TeV avec la structure d’interférence complète (DY) • DY pur • sans ISR/FSR • coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV • simulation complète (DC1) • Z’ à 1.5TeV (4TeV à faire) avec DY • DY pur • avec ISR/FSR • coupure CKIN(1) = 500GeV Martina Schäfer

  7. Analyse Analyse au niveau de la génération Martina Schäfer

  8. Cinématiques pour le SSM à 1.5TeV pT du e- e+ || des e- et e+ pz duZ’ =(e-,e+) au labo Martina Schäfer

  9. DY et l’intérference (1) l’interférence (SSM) l’effet augmente avec la largeur  moins important pour les autres modèles (sauf KK) Zoom au pic Mll(GeV) DY+Z’ destructif plus mince Mll(GeV) avec int. plus large Mll(GeV) avec int. Mll(GeV) DY+Z’ /GeV /GeV Martina Schäfer

  10. DY et l’intérference (3) l’interférence pour le Z’(KK) destructif ! Mll(GeV) DY Mll(GeV) avec int. /GeV Martina Schäfer

  11. Bruit de fond physique (1) à 1.5 TeV • rejet des photons et jets (ET>50GeV): • cf. simulation complète • efficacité: •  90% pour les électrons •  0.1% pour les jets • 4% pour les photons bb bb  6X pT() << 50GeV Mll/GeV Martina Schäfer

  12. Bruit de fond physique (2) à 4 TeV signal très propre Mll/GeV Martina Schäfer

  13. Variables discriminantes • Largeur totale • Section efficace • Asymétries Martina Schäfer

  14. Largeur totale (1) ±4 pic fit pour la largeur totale  exemple: modèle Z’(eta) à 1.5 TeV luminosité des partons + interférence BW BW*exp+exp DY pur: approximé par exp exp (DY) DY /GeV Martina Schäfer /GeV

  15. Largeur totale (2) résultats à 1.5TeV /GeV Martina Schäfer

  16. Largeur totale (3) préliminaire résultats à 4TeV /GeV Martina Schäfer

  17. Section efficace • calculée à partir de • la luminosité (section efficace de Pythia) • le nombre d’événements dans le pic sans le DY • dans 4  • acceptance 1 (génération) • prédictions théoriques? • * ( décroissances exotiques du Z’) (n )/(15 )  résultats à 1.5TeV LR Martina Schäfer n

  18. Avant/Arrière (1) % des evts avec la fausse direction du q • dans collisions pp il n’y a pas de direction avant/arrièrenaturelle  direction du q “avant” • direction du q approximéepar la direction du Z’(le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que l’antiquark de la mer) • dans 25% des cas faux • l’approximation est mieux à haute rapidité Y du Z’ |Y| > 0.8: 10% faux Martina Schäfer

  19. Avant/Arrière (2) distribution cos * dans le repère du Z’ exemple: modèle Z’(chi) à 1.5 TeV * = (e-,q) * = (e-,Z’) * = (e-,z-axis) • cos* est symétrique • cos* est asymétrique • cos* : perte de l’asymétrie Martina Schäfer

  20. A_FB (1) en fonction de M A_FB(M)=(N+-N-)/N N+: cos>0, dans chaque  bin de M ou fit à la distributioncos dans chaque  bin de M 3/8(1+ cos2) + A_FB cos vraie direction du q fit (|Y|>0.8) comptage (|Y|>0.8)  comptage (tous Y) direction du Z’ fit (|Y|>0.8) comptage (|Y|>0.8) comptage (tous Y) exemple: modèle Z’(chi) à 1.5TeV Martina Schäfer

  21. A_FB (2) en fonction de M conclusions: • accord entre le fit et le comptage • prendre la direction du Z’ fait perdre de l’asymétrie • effet plus grand sans coupure en Y • comparer ou bien MC avec Z’ direction avec les résultats expérimentauxou bienintroduire facteur de dilutionA_FB(obs)= D A_FB(true) résultats pour A_FB au pic fit, avec coupure en y, M=1.5TeV * = (e-,q) Martina Schäfer

  22. A_FB (3) en fonction d’Y A_FB(Y)=(N+-N-)/N N+: cos>0, dans chaque  bin d’Y A_FB(-Y)= - A_FB(Y) exemple: modèle Z’(chi) à 1.5TeV exemple: modèle Z’(LR) à 4TeV Y exemple: modèle Z’(eta) à 4TeV Y Y Martina Schäfer

  23. Analyse Analyse au niveau de la simulation complète Martina Schäfer

  24. L’identification des électrons • uniquement clusters avec ET>50GeV • critères appliqués • variable “ISEM” (identification des électrons standard) • nombre de traces (1 ou 2) • nombre de hits dans le détecteur de traces • résultats (efficacité) • électrons (single electrons, DC1, 200GeV): 91% • électrons (single electrons, DC1, 1000GeV): 87% • photons (single photons, DC1, 200GeV ): 4% • jets (dijets, DC1, 560GeV): 0.13% Martina Schäfer

  25. Calibration mis au point par Stathes Paganis (University of Wisconsin) • calibration “standard” : photons • dé-calibration • re-calibration • uniquement dans le barrel resolution sur la masse (pour 1.5TeV) après recalibration = 11 GeV + queues 7 GeV resolution sur les électrons (pour 1.5TeV) avant recalibration   Martina Schäfer

  26. Masse reconstruite (1) • seulement evts avec • 2 électrons identifiés • e+ et e- • 2 électrons dans le barrel • pertes par bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour l’instant) • largeur • accord entre verité et recalibré en premier vue • Fit: … en travail vérité recalibré non calibré Mll/GeV Martina Schäfer

  27. Masse reconstruite (2) [Gauss + a Gauss][BW*exp+exp] largeur naturelle résolution du détecteur Pour le SSM:  45GeV (44.7GeV théo.)  84fb (77fb gén.) préliminaire fit DY simulation vérité Mll/GeV Martina Schäfer

  28. Résumé et perspectives • Premiers études en simulation complète • identification des électrons • calibration • masse reconstruite • À faire: • variables discriminantes • bruit de fond • … • Analyse au niveau de la génération à 1.5 et à 4TeV pour différents modèles • l’interférence • bruit de fond • variables discriminantes: • Largeur • section efficace • A_FB à 1.5TeV, avec B=DY, B=S=0.4, 1an à 20fb-1 vers la discrimination entre les modèles par des fits globaux encourageant! Martina Schäfer

  29. Formules utiles • largeur théorique • = gx² /48 (cv²+ca²) Mx (pour mf=0) • gx=g/cosw, g=e/sin w • dimensions supplémentaires • S1: y=0..2R, 0=2R • Z²: y=-y=2R-y • points invariants: 0 et  • facteur de dilution • A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true), eps: % de fausse direction du q Martina Schäfer

  30. largeur,… préliminaire acceptance autour de 0.4 DY différement paramétrisé! Martina Schäfer

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