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En trois leptons par le couplage λ 121, avec les données du Run II de lexpérience DØ au Tevatron Recherche de jauginos se désintégrant Anne-Marie Magnan.

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1 en trois leptons par le couplage λ 121, avec les données du Run II de lexpérience DØ au Tevatron Recherche de jauginos se désintégrant Anne-Marie Magnan Mardi 12 juillet 2005 LPSC Grenoble.

2 - 2 - Plan Introduction I. La supersymétrie II.Le détecteur DØ Reconstruction des particules III.Corrections géométriques IV.Analyse des données V.Interprétation des résultats Conclusion Perspectives m = 89 GeV.c -2

3 - 3 - Introduction : le Modèle Standard Etat actuel : + Boson de Higgs électromagnétisme interaction forte interaction faible Modèle vérifié très précisément par lexpérience, jusquà léchelle électrofaible (~100 GeV) Mais : quelques incohérences corrections radiatives divergentes à la masse du Higgs 19 paramètres libres : masses des particules, couplages,… nunifie pas les interactions électrofaible et forte ninclut pas la gravité Une solution possible : la supersymétrie masse du Higgs stabilisée unification des interactions électrofaible et forte possibilité dinclure la gravité

4 - 4 - I.La supersymétrie 1.Brève introduction 2.Brisure de supersymétrie 3.La R-parité 4.Phénoménologie en R-parité violée II.Le détecteur DØ III.Corrections géométriques IV.Analyse des données V.Interprétation des résultats

5 - 5 - III.1. Introduction Bosons Vecteurs des interactions Spin entier Fermions Particules de matière Spin demi-entier boson fermion = supermultiplet, avec même masse, même charge, même isospin faible, même nombre de couleur. Le lagrangien invariant par supersymétrie décrira les champs libres et les interactions possibles entre ces champs. Exemples : AμAμ λ, ψ i Champ de jauge partenaire fermionique dun boson de jauge ou fermion du Modèle Standard partenaire fermionique dun boson de jauge λ φ ψ Partenaire scalaire dun fermion du Modèle Standard fermion du Modèle Standard Supersymétrie

6 - 6 - Classification des particules 4 neutralinos (i=1,2,3,4), 2 charginos (j=1,2). + Modèle Standard : W±, Z et γ Deux champs de Higgs

7 - 7 - III-2. Brisure de supersymétrie Supersymétrie brisée : les « superpartenaires » ne peuvent pas avoir les mêmes masses que les particules standard, sinon elles seraient déjà découvertes ! Plusieurs modèles de brisure. Modèle SUGRA (SUperGRAvité) : la brisure de SUSY se fait dans un secteur caché, et est véhiculée au secteur visible par lintermédiaire de la gravité. Termes de brisures dans le lagrangien : MSSM : 124 paramètres libres Réduits à 34 dans un modèle contraint cMSSM M 1, M 2 = masse des bino et winos à léchelle électrofaible Couplages trilinéaires b = paramètre de mélange des Higgs m = matrices de masse des scalaires à léchelle électrofaible M 3 = masse des gluinos à léchelle électrofaible Souvent reliée à M 2 car hypothèse dunification des couplages à léchelle GUT.

8 - 8 - Modèle de supergravité minimale m 0 = masse unifiée des scalaires à léchelle de grande unification (GUT); M 1 = M 2 = M 3 = m 1/2 = masse unifiée des jauginos+higgsinos à léchelle GUT; tanβ = paramètre de mélange des Higgs; signe de μ = rapport des valeurs dans le vide des deux doublets de Higgs; A 0 = valeur unifiée des couplages trilinéaires. Modèle mSUGRA (minimal SUperGRAvité) : plus que 5 paramètres libres On ne sait pas où se situe la SUSY dans cet espace. On choisit : tanβ = 5, A 0 = 0, et on étudie les paramètres m 0, m 1/2 et signe de μ. Valeurs des paramètres Masses des particules Sections efficaces

9 - 9 - III.3. La R-parité Définition de la R-parité: nombre quantique multiplicatif défini par R p = (-1) 3B + 2S + L R p = +1 pour les particules standard, R p = -1 pour les particules SUSY. Reflète la conservation des nombres baryonique et leptonique. Introduit pour assurer la stabilité du proton R-parité conservée = la PARTICULE SUPERSYMÉTRIQUE LA PLUS LÉGÈRE (LSP) ne peut pas se désintégrer: stable, bon candidat à la matière noire. R-parité violée : o la LSP se désintègre en particules du Modèle Standard, o les nombres leptonique et/ou baryonique ne sont plus conservés, o le couplage doit être faible limites expérimentales contraignantes pour respecter les phénomènes connus; ex. : temps de vie du proton > ans. o Termes de R-parité violée dans le superpotentiel :

10 Les couplages de R-parité violée Les couplages particules SUSY- particules standard sont classés en 3 catégories: - λ ijk (états finaux leptoniques), - λ ijk (états finaux semi-leptoniques) - λ ijk (états finaux hadroniques). i,j,k = indices des familles (leptons et quarks) μ+μ+ νeLνeL ~ e-e- λ 121 Par simplicité + nécessités phénoménologiques : un seul couplage non nul !! Etat final avec au moins deux électrons : on choisit le couplage λ 121 ; On choisit λ 121 = 0,01 (Limite actuelle : λ 121 < 0,05). e-Le-L ~ e-e- λ 121 νμLνμL _ R p =+1 R p = - 1

11 III.4. Phénoménologie en R-parité violée Collisions quark-antiquark : couplages de jauge >> couplage RpV R-parité conservée : production dune paire de particules SUSY; en général, sfermions trop lourds paire de jauginos dans lespace des paramètres explorés, la composition des jauginos est : Principalement production de et. Voie sVoie t ~ photino ~ zino ~ winos production favorisée : jauginos les plus légers (plus despace de phase pour la réaction) Mais: γγγ, Zγγ γγZ, ZZγ WWγ ZWW WWZ ZZZ

12 Chaine de désintégration Possibilité de perte dun lepton: recherche de ee+l, l=e ou μ. Z*Z* f Désintégration des jauginos : en deux corps : paire fermion-sfermion (m s < m χ ) puis sfermion LSP + fermion en trois corps : en jaugino plus léger + paire de fermions Exemples : W*W* f υiυi υiυi ~ υiυi _ Paires de jauginos paire de LSP = 2 dans létat final χ 0 1 ~RpC Désintégration des neutralinos en leptons Couplage λ 121 Etat final: eeee, eeeμ, ou eeμμ + énergie manquante eμeμ eμeμ ee RpV + désintégration directe en leptons du Modèle Standard RpV

13 désintégration des 2 LSP en leptons 50% eeμμ 25% eeeμ 25% eeee En résumé Etat final recherché ee + (e ou μ) + νs principalement et RpC production de paires de jauginos désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) avec leptons des cascades RpC RpV

14 Le Tevatron Comment chercher de nouvelles particules, ou comment tester le Modèle Standard précisément ? Se placer au-delà de léchelle électrofaible, ou à léchelle dénergie que lon veut tester. Supersymétrie : > 1 TeV Grands instruments : Tevatron, collisionneur proton-antiproton actuellement en fonctionnement à s = 1,96 TeV; 6 km de circonférence; Temps entre deux collisions : 396 ns; Deux points de collisions et deux détecteurs : DØ et CDF Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : L délivrée = 1 fb -1 Luminosité intégrée

15 I.La supersymétrie II.Le détecteur DØ 1.Vue densemble 2.Les détecteurs de traces 3.Les calorimètres 4.Le système de détection des muons 5.Le système de déclenchement 6.Récapitulatif III.Corrections géométriques IV.Analyse des données V.Interprétation des résultats Objectif : identifier et reconstruire des électrons et des muons

16 I.1. Vue densemble du détecteur p p - ~ 12 m ~ 20 m Les coordonnées utilisées pseudo-rapidité η = -ln(tanθ/2) Impulsion p, énergie E, Plan transverse (x,y) : angle φ impulsion transverse p T

17 I.2. Les détecteurs de traces b- Acceptance du détecteur On ne sait pas où a lieu la collision en z SMT : position du vertex en z < 60 cm. CFT : η < 2,5 SMT + SMT + CFT canaux de silicium fibres scintillantes Mesure de p, η, φ, charge Champ magnétique de 2 T. a- Vue densemble c- Reconstruction de traces Résolution en p T : %

18 I.3. Les calorimètres Objet électromagnétique Energie reconstruite = EM1+EM2+EM3+EM4+FH1 EM3 EM4 solénoïde EM2 EM1 FH1 z 0 Vertex dinteraction θ phys CC EC ICD Cryostats Calorimètre à échantillonage Uranium + Argon liquide Forme de la gerbe : dimensions longitudinale + transverse Variable de χ² appelée H-matrix : écart entre un vrai électron et lobjet testé. 0 < H-matrix < H-matrix petite : < 40 vrai électron. Fraction électromagnétique > 0,9 Isolation : fraction dénergie dans les cellules autour < 0,2. Critères de sélection des électrons Critères de qualité

19 I.4. Le système de détection des muons Mesure de limpulsion des muons 1- Zone fiducielle: η < 2 2- Qualité : « loose » « medium » « tight » Nb de segments dans les détecteurs 3- Trace associée dans les détecteurs centraux ? 4- Variables disolation : énergie autour de la trace dans les détecteurs centraux, et autour du dépôt dans le calorimètre < 2,5 GeV. Critères de sélection des muons Scintillateurs Chambres à fils

20 I.5. Le système de déclenchement Détecteurs Sortie électronique des détecteurs Décision du niveau L1 Ex: calorimètre : une tour EM de seuil > x + un signal MUON en coïncidence dans les couches A, B et C non On efface oui Décision du niveau L2 Ex: MUON de qualité Medium non On efface oui Décision du niveau L3 Ex: la gerbe EM a la forme dun électron non On efface oui Temps de calcul < 4,2 μs < 100 μs < 100 ms On sauvegarde et on reconstruit entièrement lévènement Entrée : 2,5 millions dévènements par seconde Entrée : 2000 évènements par seconde Entrée : 200 évènements par seconde Sortie : 50 évènements par seconde

21 Energie transverse manquante : Ce que lon ne peut pas détecter = les particules neutres qui ninteragissent que par interaction faible. Collision suivant z avec i particules produites lors de la collision. Identification et reconstruction des électrons et des muons, avec i particules visibles Probabilité de χ² dassocier une trace à un dépôt dénergie dans le calorimètre Détecteurs de tracesCalorimètres Détecteurs de muons p, p T, η, ϕ E, E T, f EM, isolation, H-matrice Qualité medium Trace centrale Isolation Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) 0 < likelihood < 1, proche de 1 = vrai électron. CRITÈRES DE QUALITÉ CORRECTIONS

22 I.La supersymétrie II.Le détecteur DØ III.Corrections géométriques 1.Explication du problème 2.Méthode employée 3.Vérification des résultats obtenus IV.Analyse des données V.Interprétation des résultats

23 II.1. La problématique Quelle est lénergie initiale de la particule ? Interaction avec de la matière perte dénergie Calorimètre = matière instrumentée mesure de lénergie En amont : matière morte (structures du SMT, solénoïde, cryostat du calorimètre) La perte en amont du calorimètre dépend de lépaisseur traversée. Détecteur à géométrie cylindrique a priori indépendance en φ La perte dénergie ne dépend que de η et de lénergie incidente. Pour avoir accès à lénergie initiale : simulation Monte Carlo. Un évènement = 1 électron généré à une énergie E. Energie reconstruite = EM1+EM2+EM3+EM4+FH1 EM3 EM4 solénoïde EM2 EM1 FH1 z 0 Vertex dinteraction η phys CC EC ICD η det CC EC nord EC sud ICD Après reconstruction, perte dénergie en fonction de la pseudo-rapidité η 50 GeV E MC - E reco η det

24 II.2.a Corrections dans le CC : |η det | < CC :énergie fixée, dépendance en η; ΔE ~ 1-2 GeV 18 points en énergie entre 2 et 200 GeV. 2.Dépendance en énergie des coefficients a CC, b CC, et c CC ; 3. Vérification de la correction; ΔE ~ 0,1 GeV 100 GeV 50 GeV Fonction de paramétrisation : CC avant corrections η phys a CC b CC c CC a CC b CC c CC 50 GeV CC après corrections 100 GeV η phys

25 II.2.b Corrections dans le EC : 1.5 < |η det | < EC :Énergie fixée, dépendance en η; Même procédure 5.Dépendance en énergie des coefficients a EC, b EC, c EC, d EC et e EC ; CORRÉLÉS combinaisons linéaires α EC, β EC, γ EC, δ EC, et ε EC grâce à la matrice de corrélation. ε EC est indépendant de E : fixé. α EC, β EC, γ EC : même forme de dépendance en énergie. 160 GeV - partie sud Fonction de paramétrisation : EC avant corrections 160 GeV - partie nord α EC Partie nord δ CC Partie nord 160 GeV - partie η < 0 EC après corrections 160 GeV - partie η > 0 6.Vérification de la correction; Noter léchelle !

26 GeV CC et EC corrigés On symétrise II.2.c Corrections dans lICD : 1.1 < |η det | < ICD :Énergie fixée, dépendance en η; 8.Paramétrisation globale; 50 GeV a IC b IC

27 II.3. Vérification des résultats : MC Simulation MC de Z ee. Valeur du PDG 2004 : m Z = 91,19 GeV.c -2 Γ Z = 2,5 GeV Générée Reconstruite avant corrections Reconstruite après corrections Valeur moyenne avant et après Ecart-type avant et après

28 II.3. Vérification des résultats : données Données réelles : sélection de deux électrons du pic de résonance du Z Avant : m = 86,3 GeV Après : m = 90,8 GeV Valeur du PDG 2004 : m Z = 91,19 GeV.c -2 Γ Z = 2,5 GeV.c -2 Me 1 e 2 = (2.E 1.E 2.(1-cosθ 12 ))

29 I.La supersymétrie II.Le détecteur DØ III.Corrections géométriques IV.Analyse des données 1.Principe 2.Les données et les MC utilisés 3.Accord avec le Modèle Standard ? 4.Sélection de trileptons V.Interprétation des résultats

30 IV-1. Structure globale dune analyse de données Ce que lon connaît : Prédiction du Modèle Standard Échantillons BRUIT DE FOND ! Simulation MC ! Ce que lon a : Données du détecteur Prises entre juin 2002 et août pb -1 Échantillon DONNEES REELLES Référence : pic de résonance du Z Objectif : Trouver de nouvelles particules Échantillon SIGNAL ! Simulation MC ! Comparaisons En nombre En forme Propriétés attendues Section efficace de production SUSYGEN Désaccord = Défauts des données réelles ? Mauvaise simulation ? Il manque des processus ? La SUSY est découverte ! Accord = Modèle Standard OK Détecteur OK

31 IV-2.b Les processus du Modèle Standard Ex. : Efficacité de sélection de 100%, lumi de 355 pb -1 σ Z ee = 254 pb évènements Z attendus σ λ121 = 1 pb 355 évènements de signal attendus 1ère étape : vérification de laccord DATA-MC Modèle Standard Processus donnant un état final avec 2 électrons ou 1 electron+1muon: Signal négligeable à ce niveau Z/DY ee GeV Z/DY ττ GeV Z/DY μμ GeV W lυ WW inclusif WZ inclusif ZZ inclusif ttbar ll Υ ee Υ μμ PYTHIA NORMALISATION n MC = n sel x L réelle /L MC τ+τ+ Z τ-τ- υeυe e+e+ υτυτ e-e- υτυτ - υeυe - W W Z/DY ee GeV + données Avec 2 électrons de qualité

32 Déroulement de lanalyse 1 ère étape : vérification de laccord données réelles - Monte-Carlo Efficacités de sélection des objets Efficacité du système de déclenchement Fond manquant : les « faux » électrons et « faux » muons Sélection eeSélection eμ 2 ème étape : sélection du signal Coupures qui éliminent les processus du Modèle Standard, mais pas le signal ! Sélection eel Non détaillée

33 IV-3. Obtention de laccord avec les prédictions du Modèle Standard (I) MC trop optimiste 1ère piste : différence de comportement dans la sélection des objets Ex. la simulation reconstruit les traces trop proprement. Méthode : sur un lot dobjets que lon sait être des électrons Paire délectrons des résonances du Z et de lΥ + toujours un « bon » objet Puis on regarde comment réagit le deuxième objet de la paire efficacité de la coupure à sélectionner un « bon » objet. (tt) : évènements avec deux électrons très bons; (tp) : un électron très bon + un électron avec les critères recherchés (tf) : un électron très bon + un électron qui ne passe pas les critères recherchés qual Objectif : estimer lefficacité de sélection des objets (critères de qualité « qual ») dans les données et dans le MC, pour corriger les différences éventuelles. (tt) (tp) (tf) Résonance de lΥ 7 < p T < 10 GeV, |η| < 1,1 (tt) (tp) (tf) Résonance du Z 15 < p T < 20 GeV, 1,5 < |η| < 2,5 p T (GeV.c -1 ) Efficacité des coupures données Monte Carlo CC : |η|< 1,1 EC : 1,5 <|η|< 2,5 Correction du MC Rapport εdata/ε MC CC : |η|< 1,1 EC : 1,5 <|η|< 2,5 p T (GeV.c -1 )

34 IV-3. Obtention de laccord avec les prédictions du Modèle Standard (III) Fond QCD : interactions les plus nombreuses qq qq, qg, gg Quarks et gluons peuvent être reconstruits comme des électrons ou des muons isolés _ _ Mais cette probabilité est très faible : nécessité de millions dévènements, trop long à simuler. Modèle : estimation à partir des données. Recherche dune variable discriminante: Variable discriminante : H-matrice (forme de la gerbe) Échantillon de rechercheEchantillon QCD 0 40 Evènements avec 2 électrons de même signe Il manque un processus ! 3ème piste : faux électrons (muons) pas de distinction de charge, on doit les trouver dans les évènements de même signe. Evènements de même signe dans le Modèle Standard = mauvaise identification de la charge

35 Le fond QCD Normalisation en nombre dévènements : x 2,2 ± 0,4 Ajout de ce fond : Après normalisation : vérification sur plusieurs variables

36 Évènements à deux électrons Masse invariante : OK Energie transverse manquante : OK Impulsion transverse de lélectron le plus énergétique : OK Impulsion transverse du deuxième électron : OK Rappels Simulation des processus du Modèle Standard qui donnent un état final avec deux électrons. Représentation des « faux » électrons fond QCD A ce niveau : le signal est noyé dans le fond Modèle Standard on doit avoir un très bon accord DATA/Monte Carlo. Pseudo-rapidités : OK

37 Évènements avec un électron et un muon Impulsion transverse de lélectronImpulsion transverse du muon Bon accord

38 IV-4. Sélection de trois leptons Au niveau où le signal est négligeable : très bon accord entre les données réelles et leur interpretation dans le cadre du Modèle Standard. Il faut maintenant sélectionner le « signal » : on recherche ee + (e ou μ) + νs ee : eμ : Ajout dun troisième lepton : Signal : (m 0 =1000, m 1/2 =280, μ > 0) n att = 9,34 ± 0,08 (stat) ± 0,78 (sys) n att = 4,54 ± 0,08 (stat) ± 0,52 (sys) n att = 5,21 ± 0,08 (stat) ± 0,49 (sys) Nombres dévènements : Somme des fonds28865 ± 60 ± 2005 Données réelles27590 Somme des fonds454 ± 17 ± 40 Données réelles516 Somme des fonds16,2 ± 3,5 Données réelles17 -1,1 +8,5

39 IV-4. On affine la sélection Objectif : encore moins de fond sans trop diminuer le signal : CoupureSignalBruit Signal bruit data n°1 : ee+eμ p T > 10;10 GeV.c -1 13, , n°2 : eel p T > 10;10;5 GeV.c -1 5,2116,21,2917 n°3 : eel p T > 15;10;5 GeV.c -1 5,2114,51,3717 n°4 : qualité de la trace dans le SMT3,676,81,419 n°3 : E T > 15 GeV3,461,163,211

40 Vérifications Vérification au niveau de la sélection de 3 leptons Masse invariante Énergie transverse manquante

41 En chiffres Finalement : Dans le signal m 0 =1000 GeV

42 Les sources derreurs considérées Signal : statistiques = 1-4% suivant le nombre dévènements générés (~ 5000) systématiques (triggers, ε qual, …) = ~ 10 %

43 Lévènement restant Electron 1 p T = 47,1 GeV.c -1. Electron 2 p T = 41,5 GeV.c -1. Electron 3 p T = 9,1 GeV.c -1. ME T = 26,4 GeV.c -1. Hypothèse la plus probable : évènement Z + jet le jet étant reconstruit comme un électron

44 I.La supersymétrie II.Le détecteur DØ III.Corrections géométriques IV.Analyse des données V.Interprétation des résultats 1.Obtention dune limite 2.En mSUGRA 3.En MSSM 4.Combinaison avec dautres états finals intéressants

45 V-1. Obtention dune limite ou découverte ? Si σ 95 < σ th, on exclut lexistence du point, si σ 95 > σ th, on ne peut rien dire. Le nombre dévènements observé dans les données réelles est en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard. Peut-on rejeter lhypothèse de lexistence du signal ? NON ! Il faut tester lhypothèse signal+bruit, et mettre une limite supérieure sur la section efficace que le signal pourrait avoir tout en étant compatible avec les nombres dévènements observés et attendus, dans 95% des cas notée σ 95 Limite attendue si N obs = N bkg donne une indication de la sensibilité de lanalyse m 0 = 1000 GeV, tanβ = 5, A 0 = 0

46 σ 95 liée à lefficacité de la sélection liée au nombre de leptons lié aux rapports de branchement des jauginos produits (, ). τ 2 + ν τ ~ χ + lν 0 1 ~ ν i + e i ~ τ 1 + ν τ ~ Rapports de branchement du pour μ > 0 χ + W 0 1 ~ (e,μ) L + (e,μ) ~~ V-2. Résultats en mSUGRA 20% en (e, μ) + ν Limite attendue Limite observée Zone exclue σ 95 en fonction de m 1/2 τ 2 + τ ~ χ + ll 0 1 ~ (e,μ) R + (e,μ) ~~ ν i + ν i ~ (e,μ) L + (e,μ) ~~ τ 1 + τ ~ Rapports de branchement du pour μ > 0 2 leptons en plus

47 m (GeV) χ 0 1 ~ 248 GeV 270 GeV m sfermions >> m jauginos. σ 95 en fonction de m 1/2 A grande valeur de m GeV 110 GeV σ 95 en fonction m χ 0 1 ~ 212 GeV 214 GeV σ 95 en fonction m Exclusion DØRunI m 1/2 > 248 GeV.c -2 m > 212 GeV.c -2 m > 106 GeV.c -2 m 1/2 > 270 GeV.c -2 m > 110 GeV.c -2 m > 214 GeV.c -2

48 V-3. En MSSM Dans un modèle plus général cMSSM On ne fait plus lhypothèse de lunification de la masse des jauginos+higgsinos à léchelle GUT Les paramètres sont au nombre de 15 (+19 du Modèle Standard) On utilise M 1, M 2, On choisit μ = 1000, tanβ=5, m squarks = m sleptons = 1000 GeV M 2 ~ M 210 GeV

49 V-3. Combinaison : λ 121 Recherche de μμ+l Daniela Kaefer (Aachen) Recherche de ee+τ Anne-Catherine Le Bihan(Strasbourg) Sensibilité en λ 121 ~ 3-4% pour μμ+l ~ 1-2% pour ee+τ

50 Conclusion La SUSY na pour linstant été vue ni en R-parité conservée, ni en R-parité violée. Résultats obtenus en mSUGRA : pour 100 < m 0 < 1000 GeV.c -2, tanβ = 5, A 0 = 0 m 1/2 > 248 GeV.c -2 (resp. 270) pour μ 0) m > 106 GeV.c -2 (resp. 110) pour μ 0) m > 212 GeV.c -2 (resp. 214) pour μ 0) Etude de lexclusion dans un modèle plus général: pour des scalaires lourds (~1000 GeV), tanβ = 5, μ = 1000 m > 210 GeV.c -2 quelque soit la masse du Les résultats combinés avec deux autres analyses complémentaires donneront lieu à une publication. Run I : 190 et 210 GeV.c -2 limites LEP : m > 39 GeV.c -2 m > 103 GeV.c -2 χ 0 1 ~

51

52 Perspectives au LHC Sections efficaces + grandes ! Sélection de 3 leptons isoles (e ou μ) et de 2 jets de grand p T. Analyse CMS

53 Masses, couplages, … indéterminés par la théorie en particulier, unification des couplages ? Supersymétrie Unification des couplages Ajout dautres masses indéterminées Hiérarchie entre les masses : m υ < 3 eV et m t ~ 178 GeV 10 ordres de grandeur. Supersymétrie : ajout de particules à m~1 TeV. Gravité non incluse : que se passe-t-il à M Planck ~ GeV ? à comparer avec léchelle actuelle ~100 GeV : pas de nouvelle physique entre les deux ?? Supersymétrie Champ de Higgs : champ scalaire fondamental corrections radiatives à sa masse : divergence quadratique problème de naturalité Supersymétrie : annulation des divergences quadratiques.

54 Insuffisances du Modèle Standard Le Modèle Standard marche très bien. MAIS : quelques incohérences … ex. :accord avec les mesures de précisions m Higgs < 200 GeV. Nouvelle physique : quand la gravité devient importante face aux autres forces : à léchelle Λ = M planck = GeV. Mais m Higgs < 200 GeV Λ ~ 1 TeV. Nouvelle physique à 1 TeV ? Solution possible: la supersymétrie. Résoud le problème des divergences quadratiques à la masse du Higgs, Unification des couplages fort et électrofaible à léchelle GUT = GeV, Apporte un très bon candidat à la matière noire de lunivers

55 Relativité générale : rayon à partir duquel une particule devient localisée Principe dincertitude dHeisenberg : une particule ne peut pas être localisée à mieux que sa longueur donde de compton. Égalité entre les deux.

56 II.1. Méthode employée 1. Dans CC : énergie fixée, dépendance en η 50 GeV 100 GeV Fonction de paramétrisation : CC avant corrections 18 points en énergie entre 2 et 200 GeV.

57 Fonction de paramétrisation : CC avant corrections c CC Fonction de paramétrisation : CC avant corrections b CC a CC Fonction de paramétrisation : CC avant corrections a CC Coefficients dans CC

58 b: terme de bruit bruit de lélectronique + radioactivité de lUranium ne dépend pas de lénergie. s: terme déchantillonage perte de résolution due à la séparation du calo en zones actives et passives. varie en E : % aux électrons récoltés poisson c: terme constant lié à la structure du calo + calibration % à lénergie (calibration)

59 les donnees : 355 pb-1 2- Les processus du Modèle Standard : Tableau 3- XS du signal -> 1 pb … avec 355 pb-1 et une efficacité de sélection de 100% : on attend 355 évènements Z-> 254 pb -> > largement dominant. 4 - On doit dabord vérifier laccord DATA-Modele Standard. les objets precedemment definis, on etudie laccord sur ee et emu plot brut … ca va pas … 5- DATA => enlever les periodes ou le detecteur de fonctionne pas, selectionner des triggers pour etre surs davoir ce quon veut !! Trouver un exemple bete…. 6-reproduire le turn-on sur les MC 7- efficacite de selection des objets 8- il manque un fond …QCD 9- accord, tout va bien !! 10- selection de eel : signal/racine(bruit) -> coupures intelligentes …parallele avec le signal 11 - ce qui reste a la fin 12- display de lévénement 13-

60 I.5. Le système de déclenchement Détecteur « A » Sortie électronique du détecteur Registre calé sur les croisements de faisceau, à 32 cases. Stocke les données du détecteur en attendant la décision du trigger L1. Effacement des données si L1 dit « non » i.e. dans 99,9% des cas. Horloge a 132 ns, i.e. taux de croisement des faisceaux écriture Décision L2 OUI/NON via le SCL L2 dit « non », les données du détecteur sont effacées pour cet évènement. L1 dit « oui » via un Serial Command Link (SCL) Les données sont alors chargées dans un autre buffer en attendant la décision des triggers L2 lecture écriture Position ajustée en fonction du temps de réponse de L1. Buffer FIFO Attente de la décision L2. 16 cases L2 dit « oui » Buffer FIFO. Stocke les données en attendant quelles soient lues par le SBC 8 cases SBC Carte VME Données du détecteur « A » Envoyé au L3 via des câbles Ethernet L1 désactivé Commande « L1 occupé » envoyée via le SCL Buffer plein L2 désactivé Commande « L2 occupé » envoyée via le SCL Buffer plein

61 Erreurs sur les efficacités de sélection:

62 Signal : ε sig δε stat δε sys Fond Modèle Standard : N bkg = 1,16 δN stat = 1,43 δN sys = 0,18 V-1. Obtention dune limite ou découverte ? Approche dite « fréquentiste » : données réelles : N obs = 1 L = 355 pb -1 δL/L = 0,065 1 ère hypothèse : le signal existe. k = bkg + sig, n = N obs Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance Prob(i n|k) 0,05. On cherche σ 95 tel que : Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05 Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ 95. On compare ensuite σ 95 à σ th. Si σ 95 < σ th, on exclue lexistence du point, si σ 95 > σ th, on ne peut rien dire. Probabilité dobserver n évènements quand on en attend k 2 ème hypothèse : le signal nexiste pas. k = bkg, n = N obs Prob(i n|k) < 0, δN bkg δε ε eff sig = ε eff σ L data

63 En résumé Supersymétrie :quarks et leptons partenaires scalaires = squarks et sleptons bosons de jauge partenaires fermions = jauginos champs de Higgs partenaires fermions = higgsinos Jauginos + higgsinos = mélangés en 4 neutralinos et 4 charginos Brisure de la supersymétrie : mSUGRA brisure transmise par lintermédiaire de la gravité échelle de brisure : 1 TeV 5 paramètres libres m 0, m 1/2, tanβ, signe de μ, A 0 Equations du groupe de renormalisation masses à léchelle électrofaible. On recherche :production de paires de jauginos désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) avec leptons des cascades désintégration des 2 LSP en leptons : 50% eeμμ 25% eeeμ 25% eeee Etat final recherché ee + (e ou μ) + νs principalement et.RpCRpV

64 Energie transverse manquante : Ce que lon ne peut pas détecter = les particules neutres qui ninteragissent que par interaction faible. Collision suivant z avec i particules produites lors de la collision. Identification et reconstruction des électrons et des muons Pour lélectron : Probabilité de χ² dassocier une trace à un dépôt dénergie (= gerbe) dans le calorimètre Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) : avec f EM, P(χ²), isolation, H-matrice, E T (calo)/p T (trace),… 0 0,5., avec i particules visibles En pratique : difficile ! Cf. plus loin.

65 I.6. Données réelles et simulation Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : L délivrée = 1 fb -1 Luminosité : probabilité dinteraction L = (b f rev N 1 N 2 ) / (4πσ x σ y ) - b : nb de paquets de p - f rev : fréq. de révolution - N 1, N 2 : nb de p et anti-p - σ x σ y : taille des faisceaux en (x,y) 1 barn = cm 2. Necessité de normaliser à ce quon attend dans les données réelles section efficace dun processus : Probabilité quun processus a de se réaliser N att = ε σ L exemple : le signal que lon veut voir a une section efficace σ = 1 pb, on a une efficacité de sélection ε = 10%, la luminosité est de L = 350 pb -1 N att = 35 évènements. Corrections Sorties des détecteurs Bruits de lélectronique de lecture Matière en amont du calorimètre Simulation trop optimiste : besoin de « dégrader » à la main la résolution dans la simulation. Energie transverse manquante : il faut introduire ces corrections dans le calcul … Simulation Monte Carlo - génération dun processus physique précis - simulation du passage des particules produites dans le détecteur Codes : PYTHIA, SUSYGEN

66 Quelques vérifications ϕ mod (2π/32) 1) Jonctions entre les modules du calorimètre MC 50 GeV E MC - E reco Zone inter-modules entre 0,07 et 0,13 en ϕ jusquà 16% de perte dénergie. MAIS on ne corrige que des pertes dues à la matière en amont du calorimètre. On ne tient pas compte de ces zones. 2) Asymétrie entre les bouchons nord et sud MC 50 GeV

67 IV-2.a Les données réelles Prises entre juin 2002 et août Système de déclenchement : basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques, ou 1 objet électromagnétique + 1 muon. On appelle ces « triggers » : EM, 2EM et EMMU. INDISPENSABLES : pour sélectionner les évènements intéressants + ils déterminent la luminosité effective. Luminosité :délivrés par le Tevatron 513 pb -1 ; triggers EM, 2EM et EMMU opérationnels 444 pb -1 ; sans les périodes de mauvais fonctionnement de certains détecteurs Au final : 355 ± 23 pb -1. Erreur : 6,5% due à la mesure de la luminosité.

68 IV-3. Obtention de laccord avec les prédictions du Modèle Standard (II) Effet du système de déclenchement non-simulé 2ème piste : sélection des objets inefficace dans les données réelles dû au système de déclenchement Ex. les triggers ne sélectionnent que 50% des processus Z ee on aura deux fois trop de Monte Carlo !! Il faut « simuler » cet effet dans le MC. Efficacité du système de déclenchement basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques, ou 1 objet électromagnétique + 1 muon

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71 V-1. Obtention dune limite ou découverte ? 1 ère hypothèse : le signal existe. k = bkg + sig, n = N obs Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance Prob(i n|k) 0,05. On cherche σ 95 tel que : Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05 Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ 95. On compare ensuite σ 95 à σ th. Si σ 95 < σ th, on exclue lexistence du point, si σ 95 > σ th, on ne peut rien dire. Probabilité dobserver n évènements quand on en attend k 2 ème hypothèse : le signal nexiste pas. k = bkg, n = N obs Prob(i n|k) < 0, Signal : ε sig δε stat δε sys Fond Modèle Standard : N bkg = 1,16 δN stat = 1,43 δN sys = 0,18 Approche dite « fréquentiste » : données réelles : N obs = 1 L = 355 pb -1 δL/L = 0,065 δN bkg δε ε eff sig = ε eff σ L data δL L eff

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74 Comparaison des limites obtenues au Run I et au Run II de DØ : A 0 = 0, tanβ = 5, μ < 0 L = 355 pb -1 L = 4 et 8 fb -1

75 Merci de votre attention ! RdV à la caféteria


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