Il processo di fusione di bosoni vettori in CMS

1. Il processo di fusione di bosoni vettori in CMS Sara Bolognesi Universita’ di Torino e CMS (CERN) Congresso SIF, Torino 19 Settembre 2006

2. Fusione di Bosoni Vettori VV → VV V canale ottimale per lo studio dell’ElectroWeak V Symmetry Breaking Mechanism: A (WLWL→ WLWL) V V (V = W / Z) • in assenza dell’Higgs si ha violazione dell’unitarieta’ a ~ 1 TeV • Higgs visibile come risonanza nello spettro NUOVA FISICA deve apparire!! S.Bolognesi, 1 SIF Torino 19/09/2006

3. L’osservabile xsec VS M(VV) • Se MH > 2MV, VBF e’ il canale privilegiato di scoperta dell’Higgs M(H) = 300 GeV M(H) = 500 GeV • Molti diversi modelli alternativi al meccanismo di Higgs, nessuno vincente M(H) = 700 GeV No Higgs (approccio conservativo) benchmark scenario = previsioni del MS in assenza Higgs • Anche in caso di scoperta dell’Higgs a bassa massa, il VBF permettera’di verificare che il meccanismo dell’EWSB sia quello previsto dal Modello Standard S.Bolognesi, 2 SIF Torino 19/09/2006

4. f1 q tag p V f2 V q p q V f3 V f4 q tag La cinematica • 2 quarks adalta pseudorapidita’ e molto energetici (quarks tag) energia: fi dai bosoni quark tag pseudorapidita’: bosoni • 2 bosoni centrali ad alto impulso trasverso(VV -> 4 fermioni) quark tag (normalizzazione arbitraria) impulso trasverso (risultati partonici dal canale qq->qqqqmn) 3

5. Lo stato finale Diversi canali in studio: xsec (segnale No Higgs) qq -> qqVW -> qqqqmn / en 158 fb • semileptonici qq -> qqVZ -> qqqqmm / ee 16.4 fb (segno opposto) qq -> qqWW -> qqmnmn (stesso segno) • totalmente leptonici 9.52 fb 4.30 fb qq -> qqZW -> qqmmmn 1.20 fb qq -> qqZZ -> qqmmmm 0.701 fb semileptonico: qqqqmn M(H) = 500 GeV leptonico: qqmmmm leptonico: qqmmmn (ZW->ZW senza la risonanza dell’Higgs) S.Bolognesi, 4 SIF Torino 19/09/2006

6. Le potenzialita’ di CMS S.Bolognesi, 5 SIF Torino 19/09/2006

7. Le problematiche sperimentali Come stiamo affrontando le problematiche sperimentali legate a questo canale alcunirisultati preliminari: • A LIVELLO PARTONICO • Sviluppato un nuovo generatore MC (Phantom*) elemento di matrice esatto al LO (aEW6) per il segnale (+ fondo irriducibile) • DOPO LA SIMULAZIONE DEL RIVELATORE ED I TAGLI DI ANALISI • Simulazione del rivelatore preliminare • Analisi non ancora ottimizzate ordine di grandezza affidabile *JHEP 07 (2005) 016 S.Bolognesi, 6 SIF Torino 19/09/2006

8. I “quarks tag” h = 0 • Pseudorapidita’ piccata a +/- 2.5 (= 170 deg) h = 1 ampia accettanza CMS HCAL (HF |h|<5) h = 2 • Risultati dopo la ricostruzione dei jets ed i tagli di analisi per i canali semileptonici h = 3 h = 4 • efficienza ~ 65% richiesti 2 jets con PT> 30 GeV • purezza individuiamo i jets giusti nel 47% dei casi • risoluzione sull’ energia ~ 15% S.Bolognesi, 7 SIF Torino 19/09/2006

9. V → qq → jets Negli stati finali semileptonici si ricostruisce la massa invariante di un bosone decaduto adronicamente • parton shower ed adronizzazione dello stato finale (modellistica) • clusterizzazione dei segnali calorimetrici (simulazione del rivelatore) • efficienza ~ 57 % jets dal bosone con PT > 30 GeV • purezza individuiamo i jets giusti nel 34 % dei casi • risoluzione M(V→qq) ~ 25% S.Bolognesi, 8 SIF Torino 19/09/2006

10. I neutrini • Nei canali con stato finale ad un neutrino si puo’ ricostruirne la cinematica: • PT ~ Energia Trasversa Mancante (canale semileptonico: risoluzione ~ 30%) • PZ si calcola imponendo M(mn) = MW (canale semileptonico:risoluzione ~ 40%) Df muoni • Nel canale con stato finale a due neutrini (qqmnmn) non si puo’ ricostruire la massa invariante dei bosoni vettori e dell’Higgs segnale fondo irriducibile M(H) = 165 GeV livello partonico (normalizzazione arbitraria) si utilizzano diverse variabili cinematiche per separare il fondo dal segnale S.Bolognesi, 9 SIF Torino 19/09/2006

11. I leptoni (m/e) [1] • Trigger su leptoni ad alto PT MUONI * ELETTRONI • Level 1 PT > 29 GeV PT >14 GeV PT leading lepton (trigger hardware con scarsa risoluzione) PT >19 GeV PT > 29 GeV • HLT (trigger software con buona risoluzione) + altri trigger (dimuon, MET, jet) No Higgs qqqqln livello partonico qqqqll (normalizzazione arbitraria) qqlnln qqllln * valori indicativi (tratti dalle tavole di trigger preliminari per bassa luminosita’) S.Bolognesi, 10 SIF Torino 19/09/2006

12. I leptoni (m/e) [2] Z → ee • risoluzione: Z → lep lep Z → ee 10 % stato finale qqqqee Z →mm 2 % Z → mm stato finale qqmmmn S.Bolognesi, 11 SIF Torino 19/09/2006

13. interazione fra diversi gruppi Conclusioni • Canale strategico: sonda privilegiata per l’EWSB (con o senza Higgs) • Cinematica promettente • Necessaria buona conoscenza di molti sottorivelatori e delle sistematiche sperimentali coinvolte combinazione di diversi canali: • crosscheck fra diverse sistematiche • aumento della statistica disbonibile zzz.. ~ 1 ÷ 5 anni ad alta luminosita’ S.Bolognesi, 12 SIF Torino 19/09/2006

14. Un ringraziamento sentito a tutti i gruppi coinvolti per l’ottima collaborazione !! Ballestrero, Bevilacqua, Belhouari, Maina TORINO Teorici: Amapane, Bellan, Bolognesi, Cerminara, Mariotti, Mila, Petrillo Sperimentali: MILANO Govoni, Tancini PADOVA Torassa BRASILE: Sznajder, Buarque Franzosi

15. I fondi • SEGNALE • qqVV (processo puramente elettrodebole) (processi EW con stesso stato finale del segnale) • FONDI • fondo irridudicibile ~ 3 × ssegnale ~ 50×ssegnale • jjVV • tt -> WbWb ~ 102×ssegnale jets da processi QCD ~ 104×ssegnale • V + n jets (n=1,2,3,4) Per ora ci siamo concentrati sulla ricostruzione del segnale e sul fondo irriducibile S.Bolognesi, 1 Backup SIF Torino 19/09/2006

16. Higgs @ LHC PRODUZIONE Quarks tag garantisconola reiezione del fondo con buona efficienza DECADIMENTO S.Bolognesi, 2 Backup SIF Torino 19/09/2006