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Le Higgs au Tevatron, LHC et ILC

Recherche et étude du Higgs. OU QUAND COMMENT. Le Higgs au Tevatron, LHC et ILC. Avec quelles machines ?. ILC. «  I nternational L inear C ollider  », Machine proposée , non encore décidée Même si l’ECFA, L’ACFA et la DOE en approuvent la priorité. Pour quelles luminosités ?. ILC.

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Le Higgs au Tevatron, LHC et ILC

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Presentation Transcript

  1. Recherche et étude du Higgs OU QUAND COMMENT Le Higgs au Tevatron, LHC et ILC J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  2. Avec quelles machines ? ILC « International Linear Collider », Machine proposée , non encore décidée Même si l’ECFA, L’ACFA et la DOE en approuvent la priorité. Pour quelles luminosités ? ILC basse lumi. 10 fb-1/an haute lumi. 100 fb-1/an LHC J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  3. Conditions expérimentales Performances sur l’étiquetage des quarks b Le détecteur est dans un environnement bien plus facile sur le ILC. (radiations ionisantes !!) Les performances s’en ressentes ILC J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  4. L H C e+ W* H W* e− e e+ e+ Z H Z e− e− H e+ Z* e Z e− Production du Higgs T e v a t r o n I L C et production diffractive pp→pp (TOTEM) et collision photon-photon → gg→H H  gg→H H e+e− VBF H Z H t t H H  A.Djouadi A.Djouadi A.Djouadi H H Z J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  5. MAIS LHC Tevatron 9 ordres de grandeur ILC 11ordres de grandeur 2 ordres de grandeur • Pour un Higgs de 120 GeV • 1400 sont produits au Tevatron en 2009 • 500 000/an au LHC à basse luminosité • 30 000/an au ILC J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  6. LHC On utilise des modes rares , Mais au faible bruit de fond Par exemple H → ou H → ZZ → 4 ℓ Désintégrations du Higgs (dans le modèle standard) A cause de ce niveau de bruit de fond Tevatron on utilise des productions associées, par exemple pp → WH →ℓ  b b ou pp →Z H →   b b bb WW ZZ tt cc Btag, Energie manquante tt gg gg Quelques 10-3 J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  7. q g g q g g g g q g ~ 108 g g (s) q p0 Bruits de fonds en  ~30 à 120 GeV Irréductible mais pas de pic attendu, intérêt à une très bonne résolution en masse Un jet ou deux ressemblant à un photon, nécessité d’une excellente identification Laurent Serin (Roscof 2003) J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  8. 1 an basse lumi. !!! Hx4 SI - Le bkg est au niveau attendu - Le détecteur est sous contrôle LHC La résolution en énergie est cruciale La résolution sur la position du vertex  La reconstruction des conversions Le niveau du bruit de fond irréductible (NNLO , fragmentation,etc..)  Le niveau du bruit de fond réductible ( isolé+jets) CMS 5s LEP2 Observation Tevatron Ça marche !! Attendu Pour 2009 Fermilab-pub-03/320E Exclue Par LEP J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  9. Etude récente : Utiliser la production par fusion de boson (VBF) au LHC Proposé par Rainwater, Zeppenfeld et al. Jet Jet H →  f CMS qqZ Reste à voir h Le potentiel pour 300 fb-1 Performances à haute luminosité (pile-up, jets vers l’avant…) Le niveau du bruit de fond QCD, la définition des jets à l’avant, etc… 30 fb-1 qqH S/B m Higgs Étiquetage de jets à l’avant J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  10. 1 an haute lumi. ZZ ZH Pas de sélection sur le Higgs Signal observé dans la masse de recul au Z !!! 140 Masse de recul GeV Observation ILC e+e−→ZH Observabilité indépendante des désintégrations du Higgs Higgs en particules non détectées (invisibles) observable jusqu’à un BR de 2. % J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  11. Après l’observation d’un pic en masse , il reste Modèle Standard EXEMPLE de complémentarité LHC-ILC M< 200ILC indirecte à partir de BR(H→WW*) et ΓWW* extrait de e+e−→ WW*→ H M> 200 mesure directe du LHC H→ ZZ → 4leptons LHC ∆m/m 10-3 mH Quelle est la masse (précision) Quelle est la largeur totale Quels sont les couplages (quel higgs ?) Est-ce bien le Higgs (Spin parité, Violation de CP, couplage au quarks , autocouplage ) TEST du MS J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  12. Γ(H→ff) = F( mH, mf2) Γ(H→ff) = Nc g2 mf2 mH 32  mw2 Couplages =1 – 4 mf2/mH2 Connaissant précisément la masse du Higgs, et la masse des fermions, bosons, la mesure des couplages est untest fort du modèle J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  13. Physique du Tau … des années de travail sur les systématiques pour avoir ∆SYST<< ∆STAT mH Mesure des couplages LHC ILC au niveau de quelques % Mesures aux niveaux de 15-40% • Quelques unes des systématiques • Mélange entre canaux (e.g. GF dans une sélection VBF) • Effets du détecteurs: Luminosité, efficacité sur l‘étiquetage des b, des tau, des jet(s) à l‘avant, la reconstruction des photons et électrons • Estimation du BKG: sidebands + shape + prédiction théorique • Incertitudes sur le niveau de signal (PDFs et corrections de QCD) J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  14. sM ~ 15 GeV H → b b H → b b Z → qq Z → ℓ+ℓ− 10 fb-1 ILC L = 30 fb-1 k = 1.5 WWe MH=160 GeV e+e−→Z H ATLAS H →WW Illustrations expérimentales des mesures des couplages Production VBF H →WW B tag Résol. Mbb Niveau du fond Très bon S/B !!! J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  15. ILC e+e−→ t t H ∆gttH/gttH (%) et Hbb,WW ∆gttH/gttH5-10% Couplages de Yukawa au top LHC Hypothèses : ►Pas de couplage à de nouvelle(s) particule(s) ► un seul boson de Higgs ∆gttH/gttH  15-20% ou sans hypothèse, mais normalisé au gHWW J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  16. Exp. Results after L=100fb-1 Mesure du spin (2 semaines/points) CP+ CP– Quelques degrés de précision !!! δφ~π/(2√N) Violation de CP à quelques % spin, CP LHC H→ZZ f- angle between decay planes in the rest frame of the Higgs boson q - angle between leptons and the momentum of the Z in the rest frame of the Z (Gottfried Jackson angle). e+e−→ ZH au seuil , Z  μμ , qq H  +–  ρπ ILC CP angle analyser J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  17. Exp. Results after L=100fb-1 spin, CP LHC H→ZZ Le spin et CP du Higgs se mesurent a priori sans problème Plus fort encore, une violation de CP de quelques % est mesurable dans la désintégration du Higgs Au ILC f- angle between decay planes in the rest frame of the Higgs boson q - angle between leptons and the momentum of the Z in the rest frame of the Z (Gottfried Jackson angle). e+e−→ ZH au seuil , Z  μμ , qq H  +–  ρπ ILC Mesure du spin (2 semaines/points) CP+ CP– Quelques degrés de précision !!! δφ~π/(2√N) Violation de CP à quelques % CP angle analyser J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  18. Autocouplage (potentiel de Higgs) Dans le modèle standard HH = F(MH) HH J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  19. e+e− → ZHH à 0.8 TeV e+e−→ZHH, HH à 1 TeV ILC 2 ans de lumi. Measured  gg→HH mH Reste une mesure difficile Autocouplage (potentiel de Higgs) ILC Mbb-MH GeV ∆/  10% S-LHC Mais pas sur la même zone de masse !! 3000 fb-1/expts S/B  3.8 à 5.4 ∆/  30% J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  20. Conclusion Le Higgs peut être découvert/observé/exclu à basse masse (la zone de masse dépend de la luminosité) Découvert/Observé jusqu’au TeV, même à basse lumi. ⊕ Les premières lumières sur ses caractéristiques Étude exhaustive au ILC Tevatron LHC ILC Un Higgs de type Modèle Standard (ou proche) ne peut échapper aux investigations des 15 prochaines années C’est la pièce manquante du château de carte MS (ou BSM) L’étude de ses caractéristiques est essentielle pour voir plus loin Plus précis sera sa connaissance, plus loin nous pourrons extrapoler J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  21. Exemple de test à base de mesures précises des couplages LHC 1 gWWH/gWWH(SM) 1 ILC TEST DE MSSM 95%CL Prédiction MSSM 300<mA<1000 GeV 200<mA<300 GeV 100<mA<200 GeV gttH/gttH(SM) J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

  22. Dans le secteur Higgs Il n’y aura peut être qu’un seul Higgs à se mettre sous la dent Et maintenant J.-C. Brient - journée DAPNIA/IN2P3 - 2004

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