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1/10/2002 Étude des événements di-leptons + 4 jets dans le Run II de lexpérience D0 à Fermilab. Interprétation dans le cadre de la recherche de particules.

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1 1/10/2002 Étude des événements di-leptons + 4 jets dans le Run II de lexpérience D0 à Fermilab. Interprétation dans le cadre de la recherche de particules supersymétriques se désintégrant en R-parité violée (couplage 122 ) Auguste Besson Soutenance de thèse

2 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.2 PlanPlan I.Le TeVatron et D0 II.Mesure de la pureté de largon liquide du calorimètre III.Supersymétrie et phénoménologie en R-parité violée IV.Analyse des premières données

3 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.3 I.Le détecteur D0 et le TeVatron Le TeVatronLe TeVatronAméliorationsPerformances Le détecteur D0Le détecteur D0Améliorations Détecteur central CalorimètreDéclenchement II.Pureté de largon liquide III.Supersymétrie et phénoménologie en RPV IV.Premières données

4 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.4 Le TeVatron Début Run II :Début Run II : 1 er Mars 2001 ÉnergieÉnergie –De 1.8 à 1.96 TeV LuminositéLuminosité –Nouvel injecteur : Main injector –Nombre de paquets : 6 x 6 36 x 36 –production antiprotons –production antiprotons –Recyclage des antiprotons : Recycler (Run IIb) Main Injector & Recycler Tevatron p source Booster p p CDF DØ

5 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.5 Le TeVatron Run 1b Run 2a Run 2b Date ~ p/paquet (10 11 ) pbar/paquer (10 10 ) paquets 6 x 6 36 x x 103 Longueur des paquets (cm) Temps entre les paquets (ns) ~ ? interactions/croisement angle de croisement ( rad) angle de croisement ( rad)00136 p/p emittance (mm mrad) 23 /13 23 /13 20 /15 20 /15 s (TeV) s (TeV) L instantan é e (10 31 cm -2 s -1 ) L instantan é e (10 31 cm -2 s -1 ) (2.8) 52 Ldt (pb -1 /semaine) Ldt totale ~ 0.13 ~ 2 ~ 15

6 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.6 Run IIa : Luminosité actuelle Luminosité maximale atteinte = 3 x cm -2 s -1 = 3 x cm -2 s -1 Facteur 3 manquant Facteur 3 manquant L.dt délivrée L.dt délivrée ~ 65 pb -1 (1 er septembre) ~ 65 pb -1 (1 er septembre)

7 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.7 Le détecteur DØ Run IRun I -excellent calorimètre -LAr/U, hermétique, compensation Run II upgradeRun II upgrade -tracking -Détecteur de vertex au silicium au silicium -Détecteur de traces à fibres scintillantes -solénoide -2 Teslas -Pied de gerbe -Détecteur muons -Électronique -Calibration Calo. - Système de déclenchement

8 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.8

9 1/10/20029 Le détecteur central Détecteurs de trace:Détecteurs de trace: –Détecteur de vertex au silicium 6 barils de 4 couches 12 disques centraux F 4 disques avant H Primaires: vertex = m(r- ) Second.: vertex = 40 m(r- ); 100 m(r-z) –Détecteur de traces à fibres scintillantes fibres scintillantes + VLPC 8 super couches; |η| 1.7 résolution position ~ 100 µ m Preshower et ICDPreshower et ICD –Solénoide: 2 T –Détecteur de pied de gerbe résolution: 1.4 mm/e- de 10 GeV –Détecteur intercryostat scintillateurs scintillateurs 1.1<| |< m p p

10 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.10 Le calorimètre Échantillonnage :Échantillonnage : Argon liquide Argon liquide Absorbeur : U/Cu,Acier.Absorbeur : U/Cu,Acier. –compact et hermétique | | < 4.2 ( 2 o ) –Compensation e/ 1 –Pureté argon importante < 0.15 ppm –Segmentation fine 5000 tours x = 0.1 x 0.1 x = 0.1 x 0.1 Résolution :Résolution : e : Had.: E /E ~ 45% / E Z y x p U absorbeur 3, 4 or 6 mm EMEM FHFH CHCH OHOH MH IHIH EMEM L. Ar. gap 2.3 mm

11 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.11 Système de déclenchement Système de déclenchement Luminosité instantanée : x 50Luminosité instantanée : ~ x 50 Temps de croisement : 3.5 µs 396 ns 132 ns ?Temps de croisement : 3.5 µs 396 ns 132 ns ? Section efficace totale : ~ 45 mbSection efficace totale : ~ 45 mb Système de déclenchement :Système de déclenchement : 3 niveaux successifs –Niveau 1 ~ 10 kHz électronique –Niveau 2 ~ 1 kHz Préprocesseurs –Niveau 3 ~ 30 Hz Informatique Exemple EM_HIExemple EM_HI N1 : Tour de 15 GeV N3 : candidat e.m. pT > 15 GeV ; 15 GeV ; <1.5

12 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.12 I.D0 et le TeVatron II.Mesure de la pureté de largon liquide du calorimètre La cellule test de mesure de largonLa cellule test de mesure de largon (A.T.C.) (A.T.C.) Importance de la mesure Présentation de la cellule Cryogénie, électronique SourceSource Fonctionnement Calibration, erreurs SourceSource Résultats des mesuresRésultats des mesures Mesure du paramètre Mesure du paramètre III.Supersymétrie et phénoménologie en RPV phénoménologie en RPV IV.Premières données

13 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.13 Calorimètre DØ: Partie active : Argon liquide (LAr) Gerbe électromagnétique Ionisation de largon liquide Charge collectée Coups ADC puis GeV Pureté de lArgon liquide Toute molécule électronégative ( O 2 ) absorbe les e - et donc diminue le signal. E=10kV/cm, gap=2mm (ATLAS LARG-NO-53) Nécessite une pureté ~ 0.5 ppm Mesure précise de la pollution Pollution (ppm) (charge collecté) / (charge idéale) (charge collecté) / (charge idéale) Pourquoi mesurer la pureté de largon ?

14 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.14 ALPHAALPHA 5.5 MeV, T = 430 ans BETABETA 3.5 MeV, T = 1 an, 40 kBq 40 kBq Gap : d = 2.15 mm Principe: 2 sources radioactives et Principe: 2 sources radioactives et Électrodéposition des sources sur une électrode dacier Électrodéposition des sources sur une électrode dacier inoxydable. inoxydable. Immersion dans lArgon liquide (à ~ 90 K). Immersion dans lArgon liquide (à ~ 90 K). Ionisation, dérive des charges par un champ Ionisation, dérive des charges par un champ électrique E ajustable. électrique E ajustable. Distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm. Distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm. La charge collectée dépend de la pollution p et de E. La charge collectée dépend de la pollution p et de E.

15 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.15 Cryostat utilisé au Run ICryostat utilisé au Run I ( ) ( ) LAr stocké pendant 5 ans dansLAr stocké pendant 5 ans dans un dewar (~ litres) Améliorations du Run IIAméliorations du Run II –Nouvelle source –Nouvelle source –Nouvelle électronique (préAmplis, Pulsers, etc.) –Programme dacquisition en LabWindows/CVI –Ajout dun système de pollution dO 2 pour la calibration –Vérification complète du cryostat (détection de fuite, vannes, etc.) Calibration du système (2000)Calibration du système (2000) Mesures de la pureté du dewarMesures de la pureté du dewar –Juillet 2000 et octobre 2000 (avant le remplissage des calorimètres) Mesures des calorimètresMesures des calorimètres – Décembre 2000 et déc Histoire de lATC

16 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.16 Dispositif de lATC

17 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.17 Cables signaux Hautes tensions sources Échangeur LN2

18 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.18 Mesures avec la source Mesures avec la source Particule : hautement ionisante,Particule : hautement ionisante, Énergie deposé sur ~ 20 m courant constant Énergie deposé sur ~ 20 m courant constant Balayage en champ E (~20 valeurs)Balayage en champ E (~20 valeurs) Charge collectée = f (E,p)Charge collectée = f (E,p) ~ évts / valeur~ évts / valeur Signal normalisé :Signal normalisé : PiedestalSignalPulser

19 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.19 Alpha : principes de la mesure avec la longueur dabsorption Recombinaison Recombinaison Charge collectée Charge collectée Absorption Absorption (a,b,c = constantes) avec Paramètre (trapping constant): = cm 2.kV -1.ppm

20 1/10/2002 Alpha: absorption Expression théorique de labsorption E (kV/cm) p (ppm) Absorption Absorption Absorption E (kV/cm)

21 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.21 Absorption: exemple E (kV/cm) Absorption Fit de Abs(E,p) vs E (argon du dewar): –Noir : fit = 0.37 ppm –bleu : fit ppm –rouge: fit + 0.1ppm E (kV/cm) Absorption

22 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.22 Alpha : estimation des erreurs Erreurs statistiques :Erreurs statistiques : –Stat. et ajustement ~ 0.07 ppm Erreurs systématiques :Erreurs systématiques : –Haute tension ~ 2 % –Gap entre les electrodes : d = mm d = mm –Erreurs sur les paramètres: a = kV/cm b = cm/kV c = –Trapping constant = Autres systématiques :Autres systématiques : –Électronique et non linearités des préamp. –Effets de la temperature, etc. Calibration nécessaire

23 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.23 CalibrationCalibration - pollution connue en O 2 Erreurs sur la pollutionErreurs sur la pollution - Volume dargon liquide : 8-10 litres 5 % 8-10 litres 5 % - Volume dO 2 : cm cm 3 - Pression dO 2 : P.S.I P.S.I. Calibration (2) Measured / nominal E (kV/cm) Absorption Erreur sur la pollution nominale ~ 10 %

24 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.24 Échantillon argon Pollution nominale Pollution Measurée Bouteille Bouteille Bouteille Bouteille Bouteille Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué Pollué : résultats de la calibration : résultats de la calibration Nominale (ppm) Mesuré (ppm)

25 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.25 Nominal Pollution (ppm) mesure du paramètre (trapping constant) relie: la longueur dabsorption, le champ E, la pollution p: principale source derreur pour les mesures absolues. Valeur expérimentale: Nos mesures: = cm 2.ppm/kV = cm 2.ppm/kV Paramètre Paramètre = cm 2.ppm/kV = cm 2.ppm/kV (Andrieux et al. NIM A 427, ) = cm 2.ppm/kV = cm 2.ppm/kV moyenne

26 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.26 CaractéristiquesCaractéristiques –spectre continu –particule peu ionisante La trace traverse le gapLa trace traverse le gap –2 e gap utilisé pour un déclenchement en coincidence diminue le bruit Pas dexpression théoriquePas dexpression théorique –Ajustement empirique Source Source avec a, b, c, d, g paramètres du fit.

27 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.27 : paramètres vs pollution : paramètres vs pollution A et B donnés par la calibration A et B donnés par la calibration.

28 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.28 Pollution (ppm) Erreur sur la mesure (ppm) Sensibilité des 2 sources

29 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.29 : exemple dune mesure du N.E.C. : exemple dune mesure du N.E.C. N.E.C. E (kV/cm) Signal / Signal max

30 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.30 Récapitulatif des mesures Mesures compatibles et stables ÉchantillonALPHABETADateDewar Juil Dewar Oct C.C Déc N.E.C Déc C.C Déc N.E.C Déc S.E.C Déc (ppm)

31 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.31 Pureté Argon liquide: conclusion Erreurs sur les mesures : Erreurs sur les mesures : Mesures absolues et estimation des erreurs. Mesures absolues et estimation des erreurs. Inférieures à 0.15 ppm Inférieures à 0.15 ppm Stabilité des mesures sur 1 an.Stabilité des mesures sur 1 an. Pureté excellente pour les 3 calorimètres Pureté excellente pour les 3 calorimètres < 0.5 ppm Réponse du calorimètre non déteriorée par les impuretés Réponse du calorimètre non déteriorée par les impuretés Permet détalonner les cellules internes du calorimètre (3 x 4 sources ) Permet détalonner les cellules internes du calorimètre (3 x 4 sources ) Mesure du paramètre (trapping constant)Mesure du paramètre (trapping constant)

32 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.32 I.D0 et le TeVatron II.Pureté de largon III.Supersymétrie et phénoménologie en RPV Pourquoi la supersymétrie ?Pourquoi la supersymétrie ? SupergravitéSupergravité R-paritéR-parité Définition, couplages, et Définition, couplages, et Conséquences Générateurs pour la SusyGénérateurs pour la Susy TopologiesTopologies Spectres de masse et sections efficacesSpectres de masse et sections efficaces Processus dominants, rapports de branchements Simulation rapide et courbes dexclusionSimulation rapide et courbes dexclusion IV.Premières données

33 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.33 Pourquoi la Supersymétrie ? Larges succès du Modèle StandardLarges succès du Modèle Standard Insuffisances du S.M.Insuffisances du S.M. –nombreux paramètres libres (3 couplages, 4 CKM, 9 masses, 2 secteur Higgs) –Nombre de famille de fermions –Hiérarchie entre les masses des fermions –Brisure symétrie électrofaible –Quid de la Gravitation ? Corrections radiativesCorrections radiatives à la masse du Higgs : –Problèmes de hiérarchie Convergence des constantes de couplageConvergence des constantes de couplage S.M. = Théorie effective à basse énergie S.M. = Théorie effective à basse énergie dune théorie plus fondamentale. dune théorie plus fondamentale.

34 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.34 SUSY: une symétrie fermion-boson Particule Standard partenaire SUSYParticule Standard partenaire SUSY –mêmes nombres quantiques –spin différent de ½ –Mêmes masses … mais –Expérimentalement aucune particule SUSY détectée La SUSY est une symétrie brisée. Modèle Standard Supersymétrique MinimalModèle Standard Supersymétrique Minimal - Modèle le plus général - > 100 paramètres

35 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.35 Modèle mSUGRA Modèles plus restrictifs Supergravité (mSUGRA) = Susy locale + gravitation. 5 paramètres: m 0 : masse commune des sfermions à léchelle GUTm 0 : masse commune des sfermions à léchelle GUT m 1/2 : masse commune des jauginos à léchelle GUTm 1/2 : masse commune des jauginos à léchelle GUT tan : rapport des valeurs moyennes dans le vide des 2 doublets de Higgstan : rapport des valeurs moyennes dans le vide des 2 doublets de Higgs Sign : signe du paramètre de mélange des HiggsinosSign : signe du paramètre de mélange des Higgsinos A 0 : couplage trilinéaire commun à léchelle GUTA 0 : couplage trilinéaire commun à léchelle GUT Équations du Groupe de RenormalisationÉquations du Groupe de Renormalisation masses des particules SUSY. masses des particules SUSY.

36 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.36 Supersymétrie : Nomenclature SymboleSymbole Fermion s-fermion / Boson suffixe-inoFermion s-fermion / Boson suffixe-ino 2 doublets de Higgs nécessaires2 doublets de Higgs nécessaires Mélange des jauginosMélange des jauginos Particule SUSY la plus légère (LSP) souventParticule SUSY la plus légère (LSP) souvent

37 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.37 Potentiel SUSY :Potentiel SUSY : L,Q,D,E = supermultiplets (particule standard + superpartenaire) L,Q,D,E = supermultiplets (particule standard + superpartenaire) i,j,k = 1,2,3 (indices sur les familles) i,j,k = 1,2,3 (indices sur les familles) = 45 nouveaux couplages de Yukawa = 45 nouveaux couplages de Yukawa nombres Leptoniques ( and ) ou Baryoniques ( ) nombres Leptoniques ( and ) ou Baryoniques ( ) non conservés définition R-parité : nombre quantique discret multiplicatif définition R-parité : nombre quantique discret multiplicatif B= Baryon nb, L=nb Lepton, S=spin B= Baryon nb, L=nb Lepton, S=spin R p = +1 particule SM R p = +1 particule SM R p = -1 particule SUSY R p = -1 particule SUSY R-p conservé W rpv nul R-p conservé W rpv nul RPV non exclu théoriquement RPV non exclu théoriquement R-paritéR-parité avec R p = (-1) 3B+2S+L

38 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.38 R-parité conservée/violée : conséquences R-p conservée:R-p conservée: -LSP stable et candidat à la matière sombre -Particules susy produites par paires R-p non conservée: violation des nombres B ou LR-p non conservée: violation des nombres B ou L Désintégration de la LSPDésintégration de la LSP -À lintérieur du détecteur (avec ou sans vertex déplacé) -En dehors du détecteur (~ analyses Rp conservé) Signature Susy différenteSignature Susy différente –Peu Et miss –Plus de leptons ( or ) et de jets ( or ) production simpleproduction simple -via TeVatron -section efficace ( ijk ) 2 q g q _ q ~ q ~ _ (+1) (-1) (+1) (-1)

39 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.39 couplage scalaire1 scalaire et 2 fermions Désintégration LSP OU

40 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.40 Susygen: collisionneurs hadroniques Nouvelle version ppbarNouvelle version ppbar –1 er générateur ppbar à inclure la RPV Désintégrations directes et indirectes Productions résonantes –Sections efficaces Pour chaque type de processus –RGE: prog. Suspect. –Modèles: SUGRA, MSSM, GMSB –Options: Mélanges des sfermions, phases, dim.supp. – Interface avec lenvironnement D0 Tests/comparaisons Susygen/IsajetTests/comparaisons Susygen/Isajet –RGE et spectres de masses –Sections efficaces –Rapports de branchements –Utilisation en simulation rapide

41 Spectres de masse des jauginos m 0 = 300 GeV tan = 5 < 0 < 0 A 0 = 0 Chargino 2 et Neutralino 3 : Désaccord de ~20% Pour m 1/2 >400 GeV Susygen (rouge) Isajet (bleu)

42 1/10/ SUGRASUGRA Production de paires Charginos/Neutralinos Charginos/Neutralinosdominante Production de paires Charginos/Neutralinos Charginos/Neutralinosdominante A 0 = 0 m 0 = 100 tan = 5 < 0 < 0 m 1/2 Sections efficaces (pb) ± 0 ± 0 squarks ± ± ± ± Section efficace de production de paires en fonction de m 1/2

43 1/10/ mSUGRAmSUGRA A 0 = 0 m 0 = 300 tan = 5, m 1/2 Paires dominantes Charginos/Neutralinos dans une large zone de lespace des paramètres Section efficace de production de paires en fonction de m 1/2 tan = 5; < 0 tan = 15; < 0 tan = 15; > 0 tan = 5; > 0 Sections efficaces (pb)

44 squarks Masse et section efficace tan = 5 < 0 < 0 A 0 = 0 Section efficace Squark-squark + Squark-antisquark Section efficace paires de squarks et/ou gluinosSection efficace paires de squarks et/ou gluinos Dépend uniquement de leur masse. Squarks dominants

45 Contraintes LEP tan = 5 ; < 0 ; A 0 = 0 (mh-max scenario) RPC: Higgs h m h > 91 GeV Limites LEP en RPV 122Limites LEP en RPV 122 –Chargino 1 : m > 103 GeV –Sélectron R : m > 93 GeV –Neutralino 1 : m 0 >~ 40 GeV m 1/2 (GeV) m 0 (GeV)

46 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.46 Modèle mSUGRA (m 0 ; m 1/2 ; A 0 ; sign ; tan );Modèle mSUGRA (m 0 ; m 1/2 ; A 0 ; sign ; tan ); LSPLSP Particules susy produites par pairesParticules susy produites par paires Tous les types de paires produits Cascades de désintégrations: 2 LSP Couplage dominant 122Couplage dominant 122 Désintégration de la LSP dans le détecteurDésintégration de la LSP dans le détecteur 1jk >~ jk >~ LSP 1 e + 2 jets LSP particule de MajoranaLSP particule de Majorana –2 électrons même signe (L.S.) possible Production de paires + RPV: canal di-electron État final : 2 L.S. électrons + 4 jets Bruit de fond standard très bas Bruit de fond standard très bas

47 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble : Désintégrations directes et indirectes 122 : Désintégrations directes et indirectes Exemple: désintégration directe du Neutralino 2 en RPVExemple: désintégration directe du Neutralino 2 en RPV Désintégrations RPV des sparticules autres que la LSP négligeables >0 <0 couplagecouplage Rapport de branchement RPV Br <3% Br <3% Limite de 122 de 122 Rapport de branchement RPV Limite de 122 de 122

48 122 : valeur minimale 122 : valeur minimale Couplage faible distance de vol de la LSP non négligeableCouplage faible distance de vol de la LSP non négligeable Valeur minimale accessible du couplage 122 pour une distance de vol de 1 cm Limite sur le couplage 122Limite sur le couplage 122 Jusquà m 0 < 500 GeVJusquà m 0 < 500 GeV : vol < 1 cm. : vol < 1 cm. Large région accessible jusquàLarge région accessible jusquà Production simple:Production simple: tan = 5 < 0 < 0 A 0 = < < >~ >~ >~ >~ Lignes de niveau de 122 Lignes de niveau de 122 pour une distance de vol de 1 cm 122 >~ >~ 10 -2

49 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.49 Rapport de branchement LSP e ± +2jets Désintégration LSP e ± ou + 2 jetsDésintégration LSP e ± ou + 2 jets >0 <0 0 bino-like pour < 0 0 bino-like pour < 0 0 wino-like pour > 0 0 wino-like pour > 0 < 0 Br(ejj) ~ 50% < 0 Br(ejj) ~ 50% > 0 Br(ejj) ~ 10% > 0 Br(ejj) ~ 10% Rapport de branchement e ± + 2 jets

50 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.50 En résumé… Production de ± 0 dominanteProduction de ± 0 dominante m 1/2 paramètre le plus significatifm 1/2 paramètre le plus significatif Production de squarks favorisée àProduction de squarks favorisée à petit m 0 (< 100 GeV), petit tan (<5) et < 0 Production de sleptons négligeableProduction de sleptons négligeable Sauf à grand m 1/2 et petit m 0 Section efficace totale supérieure pourSection efficace totale supérieure pour >0 par rapport à 0 par rapport à <0 Cas >0 très défavorable: Br(LSP jj) dominantCas >0 très défavorable: Br(LSP jj) dominant Désintégrations directes en RPV négligeablesDésintégrations directes en RPV négligeables Couplage 122 : sensibilité jusquà ~10 -4Couplage 122 : sensibilité jusquà ~10 -4

51 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.51 Étude en simulation rapide P.G.S. simulation rapide paramétrisant D0P.G.S. simulation rapide paramétrisant D0 Balayage dans lespace des paramètresBalayage dans lespace des paramètres –1000 évts/point Bruit de fond: Drell-Yan, ttbar,Bruit de fond: Drell-Yan, ttbar, Z + - e + e - + jets, ZZ,WZ,WW, Coupures:Coupures: –pT el1 15 ; pT el2 10 GeV ; | el |<1.1 ; –Mee GeV –pTjet 20 GeV; | jet | 0.7 m0 : 50 à 550, pas de 50 GeV m1/2 : 80 à 300, pas de 10 GeV tan : 5, 10 Sign : 0 A0 : 0 R = ( ) R = ( )

52 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.52 Contours dexclusions attendus Limites à 90% c.l.Limites à 90% c.l. CasCas Bas m 0 :Bas m 0 : contribution squarks Pour 2 fb -1 :Pour 2 fb -1 : m squark >~ 700 GeV m neutralino 1 >~ 95 GeV m 1/2 (GeV) m 0 (GeV) tan = 5 < 0 < 0 A 0 = 0

53 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.53 I.D0 et le TeVatron II.Pureté de largon III.Supersymétrie et phénoménologie en RPV IV.Analyse des premières données Luminosité et déclenchementLuminosité et déclenchement Identification des électrons et des jetsIdentification des électrons et des jets CoupuresCoupures Bruit de fondBruit de fond e-fake, identification de la charge Calibration, erreurs Quelques événements significatifsQuelques événements significatifs

54 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.54 Luminosité et déclenchement Données du 02/ /2002Données du 02/ /2002 Luminosité intégrée : 9.7 pb -1 (~10% Run I)Luminosité intégrée : 9.7 pb -1 (~10% Run I) Trigger EM_HI:Trigger EM_HI: –un candidat e.m. de grand pT dans la région | | < 0.8 –Non prescalé. –EM_HI 8.8 pb -1 –Évaluation de lefficacité à partir des données application au M.C. application au M.C.

55 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.55 Identification de lélectron Critères de sélectionCritères de sélection –f EM = EM/E > 0.90 – 2 (HMx8) < 20 (EM 1,2,3,4,,, z vertex, log E) –Isolation: E tot R =0.4 ; E core R =0.2 f iso = (E tot - E core )/ E core < 0.15 –Coupure fiducielle: | el | 1.5 R = ( ) R = ( ) 2 (HMx8) des candidats electrons 2 (HMx8) des candidats electrons Fraction e.m. des candidats electrons

56 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.56 JetsJets Critères de sélection. (Cone 0.7 )Critères de sélection. (Cone 0.7 ) –Fraction e.m.: 0.05 < EM frac <0.95 –Fraction dans le « Coarse hadronique » : CH frac <0.4 –Conditions sur les cellules chaudes –| jet |<2.6 ; – R (jet-el) > 0.7 Fraction e.m. des candidats jets

57 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.57 CoupuresCoupures Sélection des e et des jetsSélection des e et des jets –EM_HI déclenché –pT el1 15 ; pT el2 10 GeV –pT jet 20 GeV; | jet | 0.7 – R (jet-el) > 0.7 –|Z vertex | < 25 cm Coupures examinéesCoupures examinées –Trace associée au candidat e –Trace associée au candidat e –Signe de la charge des électrons O.S.: +-, -+ L.S.: ++, --

58 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.58 Bruit de fond standard Simulation complèteSimulation complète Processus inclusifsProcessus inclusifs(+jets) Luminosité M.C.Luminosité M.C. > data p10.11 p10.15

59 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.59 Fond instrumental: Jets + e + faux e Faux électron:Faux électron: – 0 associé à une trace, de basse f.e.m., etc. de basse f.e.m., etc. Évaluation à partir des donnéesÉvaluation à partir des donnéesmulti-jets –Sélection par trigger Jet + veto trigger e.m. –Rapport bin à bin nb e reconstruit / nb jets en fonction du pT Application aux évts e + jetsApplication aux évts e + jets –e + faux e + jets 0.94 événements attendus pour 8.8 pb événements attendus pour 8.8 pb -1 C.C. : p = ( ) x E.C. : p = ( ) x Nb dévts

60 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.60 Erreur sur la détermination de la charge Sélection de 2 électrons dans le pic du ZSélection de 2 électrons dans le pic du Z –pTe1 > 15 GeV –pTe2 > 10 GeV –2 traces associées –86 < Mee < 98 Lerreur dépend du pTLerreur dépend du pT Taux derreur ~ 4 % Masse invariante Sert à évaluer le B.d.F.

61 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.61 Sélection avec 2 traces associées B.d.F. Monte-carlo evts.B.d.F. Monte-carlo evts. DATA : 145 evts.DATA : 145 evts. Erreur sur Luminosité, efficacités IDs, résolution Erreur sur Luminosité, efficacités IDs, résolution Multiplicité en jets : efficacités jets, M.C. Multiplicité en jets : efficacités jets, M.C. Data (noir) B.d.F. Nombre de jets Masse invariante ee

62 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.62 B.d.F. Data (noir) EM frac. pT el 2 isolation pT el 1

63 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.63 B.d.F. Data (noir) 2 Hmx8 2 Hmx8 ET / pT Sélection avec 2 traces associées Accord DATA – M.C. à améliorer

64 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.64 Événements sélectionnés Sélection 2 traces associéesSélection 2 traces associées Sélection avec 2 e de même signeSélection avec 2 e de même signe Erreur : section efficace + statistique + luminosité (15%) 10 événements avec leptons de même signe. Bon accord relatif ; e-fake

65 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.65 Data (noir) Et (calo) / pT (trace) Masse invariante Mee Coupure « même signe » 8 evts / 10 proches du pic du Z

66 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.66 2 électrons de même signe de plus grand pT e1e2 0 jets p T (cal) = 83.8 p T (CFT) = 42.7 = 0.57 = 0.57 = 0.65 = 0.65 charge = -1 p T (cal) = 74.2 p T (CFT) = 36.4 = 0.60 = 0.60 = 3.71 = 3.71 charge = -1 Mee = GeV ; Missing Et = 3.6 GeV Run ; event D Run 2 Preliminary 2 électrons back to back 2 électrons back to back = 3.06 rad = 3.06 rad M ee = GeV

67 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.67 Recherche dévénements à grande multiplicité en jets : 2 électrons de même signe + 2 jets e1e2 2 jets p T (cal) = 60.8 p T (CFT) = 68.4 = 0.39 = 0.39 = 5.58 = 5.58 charge = -1 p T (cal) = 27.2 p T (CFT) = 36.7 = 1.18 = 1.18 = 2.19 = 2.19 charge = -1 p T (cal) = 27.5 / 24.8 = 1.44 / 0.07 = 1.44 / 0.07 = 3.43 / 1.21 = 3.43 / 1.21 Mee = 87.2 GeV ; Missing Et = 16.1 Run ; évt D Run 2 Preliminary 2 jets probablement : Z + 2 jets M ee = 87.2 GeV

68 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.68 Sur les données… Multiplicité des jetsMultiplicité des jets Simulation/reconstruction à ajuster pour les variables cinématiques des électronsSimulation/reconstruction à ajuster pour les variables cinématiques des électrons Mauvaise attribution de la charge vs pTMauvaise attribution de la charge vs pT Autres triggersAutres triggers Taux de e-fake (précision luminosité )Taux de e-fake (précision luminosité )

69 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.69 ConclusionConclusion ActivitésActivités –Préparation du Run II –Simulation –Analyses des premières données Période clé Période clé PerspectivesPerspectives –Découverte de la susy: nécessité dexplorer toutes les hypothèses. RPV = topologies particulières –D0: programme de physique très riche 2007

70 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.70 annexesannexes

71 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.71 La collaboration DØ ~ 600 physiciens ~ 50 institutions 18 pays 18 pays 6 labos IN2P3 + CEA ~ 60 français. dont 15 thésards

72 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble m p p Le détecteur de vertex (SMT) Le détecteur de vertex (SMT) Détecteur au siliciumDétecteur au silicium –6 barils de 4 couches –12 disques centraux F –4 disques avants H – voies délectronique PerformancesPerformances –Reconstruction des vertex Primaires: vertex = m(r- ) Second.: vertex = 40 m(r- ); 100 m(r-z) –Couverture < 3 –Résistance aux radiations 1Mrad –B-tagging: ~ 50 % efficacité, 0.5% taux de faux etiquetage (jets gluons/quarks légers) Barils 50 cm Disques FDisques H 1/2 du détecteur Crucial pour top/b

73 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.73 Le détecteur de traces (CFT) Le détecteur de traces (CFT) Détecteur à fibres scintillantesDétecteur à fibres scintillantes –Fibres scintillantes 830 µ m diam. –|η| 1.7; rayon : cm –8 super couches ; angle stereo 3 deg. – voies de lectures reliées à Des VLPC (Visible Light Photon Counters) PerformancesPerformances –Ident. /e ± ; Signe des e ± –Résolution position ~ 100 µ m Instrumenté à ~100% à ~100%

74 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.74 Preshowers Preshowers - scintillateurs + absorbeurs Pb - Central (CPS) : monté sur le solenoide (| | < 1.2) - Avant (FPS) : monté sur les calos bouchons (1.4 <| |<2.5) ICD (Inter Cryostat Detector) ICD (Inter Cryostat Detector) - scintillateurs - scintillateurs 1.1<| |<1.4 PerformancesPerformances -position: 1.4 mm/e- de 10 GeV -Déclenchement E.M. bas pT -Séparation / 0 -Déclenchement niv.1 - -Preshower avant: pas encore de lecture Détecteurs de pied de gerbe ICD FPS

75 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.75 North End Cap Le calorimètre (2) South End Cap Central Cal.

76 1/10/ Les chambres à muons Tubes prop. à dérive (PDT) et Scintillateurs: 3 couches A,B,CTubes prop. à dérive (PDT) et Scintillateurs: 3 couches A,B,C Toroide entre couche A et BToroide entre couche A et B PerformancesPerformances –Mesure de limpulsion peu précise (matching tracker central) –Bonne résolution en temps des scintillateurs (~2.5 ns) Rejection des cosmiques déclenchement Candidat Z + - M = 55 GeV

77 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.77 Absorption: exemple E (kV/cm) Absorption Fit de Abs(E,p) vs E (argon du dewar): –Noir : fit = 0.37 ppm –bleu : fit ppm –rouge: fit + 0.1ppm E (kV/cm) Absorption

78 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.78 Température (K) ATC: diagramme de phase Pression (bar absolu) Ar à ~ 91 K et ~ 1.5 bar Ar à ~ 91 K et ~ 1.5 bar

79 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.79 RecetteRecette –Remplir avec de largon très pur < 0.1 ppm < 0.1 ppm –Polluer dune quantité dO 2 connue (par exemple 0.5 ppm) –Mélanger, attendre 2 heures –Mesurer. Étalonnage de la source Étalonnage de la source pollueur Arrivée Ar Arrivée O 2 Vers le cryostat

80 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.80 Alpha : C.C. et calibration, exemple Measured / nominal C.C. E (kV/cm) Absorption

81 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.81 : erreurs : erreurs pollution mesurée Erreur 0.2 ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm Ajustement linéaire Donne lerreur finale Donne lerreur finale Erreur vs pollution nominale (ppm) Pollution (ppm) Erreur sur la mesure (ppm)

82 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.82 : exemple dune mesure du C.C. : exemple dune mesure du C.C. E (kV/cm) Signal / Signal max C.C.

83 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.83 : exemple dune mesure du S.E.C. : exemple dune mesure du S.E.C. S.E.C. E (kV/cm) Signal / Signal max

84 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.84

85 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.85 Relation pollution - signal du calorimètre avec la longueur dabsorption correction équivalente dans chaque cellule correction équivalente dans chaque cellule Perte en signal: type Perte en signal: type Perte en résolution Perte en résolution Pollution de 5 ppm absorption de 0.80, soit 20 % de perte du signal. Pollution de 5 ppm absorption de 0.80, soit 20 % de perte du signal. Perte équivalente en statistique Perte équivalente en statistique Corrections a posteriori. Corrections a posteriori.

86 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.86 Corrections radiativesCorrections radiatives de la masse du Higgs Or Si (GUT)Or Si (GUT) Réglage fin à 25 décimales…Réglage fin à 25 décimales… Le problème de hiérarchie m H Masse du Higgs effective m 0 Masse non corrigée m H Corrections radiatives m H Corrections radiatives Apparition dune nouvelle physique à lordre du TeV ? Soit pas de particule scalaire fondamentale Soit pas de particule scalaire fondamentale Soit une théorie qui annule ces divergence quadratiques Soit une théorie qui annule ces divergence quadratiques

87 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.87 Le problème de hiérarchie résolu Les corrections radiatives deviennent:Les corrections radiatives deviennent: Contributions f/b opposées.Contributions f/b opposées. Même pour des differences de masses de lordre de 1 TeV,Même pour des differences de masses de lordre de 1 TeV, Les divergences quadratiques disparaissent. Les divergences quadratiques disparaissent. Les masses des particules SUSY sont attendues à lordre du TeV.

88 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.88 Construction dune théorie SUSY Particule Standard partenaire SUSYParticule Standard partenaire SUSY Générateurs SUSY : spineurs anti-commutatifs Générateurs SUSY : spineurs anti-commutatifs + Action invariante sous une transformation susy = le lagrangien se transforme comme une derivée totale. + algèbre SUSY fermée + invariance de jauge + termes de brisures SUSY soft (pas de div.quad.)

89 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.89 Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) ~ le plus général.Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) ~ le plus général. MSSM > 100 paramètres (masses, angles de mélanges, CP violating phases, etc.) MSSM > 100 paramètres (masses, angles de mélanges, CP violating phases, etc.) Attention à : –Courant neutre changeant la saveur (FCNC) –Violation CP LSP = Lightest SUSY Particle,LSP = Lightest SUSY Particle,généralement

90 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.90 Convergence des constantes de couplages Modèle Standard Modèle SUSY Échelle dénergie Q (GeV) 1/ i

91 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.91 R-parité conservée (production par paires):R-parité conservée (production par paires): R-parité violéeR-parité violée –Production résonante section efficace ( ijk ) 2 Si le couplage RPV est élevé ( ) –Double production + désintégration LSP en RPV Production SUSY au Tevatron (+1) (-1) q g q _ q ~ q ~ _ (+1) (-1) La section efficace ne dépend pas du couplage RPV

92 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.92 Constraintes expérimentales sur les couplages RPV Limites indirectes (processus à basse énergie)Limites indirectes (processus à basse énergie) - Universalité e- - - Désintégration double-beta sans neutrinos - Désintégration top - Universalité des courants chargés - Violation de parité atomique - etc. Limites à 2 pour m = 100 GeVLimites à 2 pour m = 100 GeV (limites dépendent des masses) Limites fortesLimites fortes sur les produits de couplages -désintégration du proton: 11k. 11k < k. 11k < Barger et al. Phys.Rev. D40 (89) Ledroit, Sajot GDR-S-008 (98) Allanach et al., PRD 60 (99) ~ u u d u dkdkdkdk ~ d _ e+e+ p

93 squarks Masse et section efficace Section efficace paires de squarks et/ou gluinosSection efficace paires de squarks et/ou gluinos Dépend uniquement de leur masse. m 0 = 100, 300, 500 GeV tan = 5 < 0 < 0 A 0 = 0 Susygen (rouge) Isajet (bleu) Section efficace Squark-squark + Squark-antisquark

94 Sections efficaces Section efficace totaleSection efficace totale > 0.1 pb > 0.1 pb Pour m 1/2 < 230 GeV tan = 5 < 0 < 0 A 0 = 0

95 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.95 mSUGRA RPC: contraintes LEP 1:Yellow: no Minimal SUGRA solution: no EWSB or tachyonic particles; 2:Light blue: regions inconsistent with the measurement of the electroweak parameters at LEP1; 3:Green: regions excluded by chargino searches; 4:Red: regions excluded by selectron or stau standard searches; 5:Dark Blue: regions excluded by the search for hZ; 6:Brown: regions excluded by the neutralino stau cascade searches. 7:Magenta: regions excluded by the search for heavy stable charged particles applied to staus. R-parité conservée R-parité conservée m top = 175 GeV m top = 175 GeV

96 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.96 multiplicité des jets Multiplicité des jets + grande pour MC (pythia) MC (pythia)Multiplicité des jets + grande pour MC (pythia) MC (pythia) pT du jet 1 CDF.PRL (1996) 448 multiplicité Jet for Zee events, pT>15 n JETSCDF Run IDATAMC N(nj>=1) / N(nj>=0) N(nj>=2) / N(nj>=1) N(nj>=3) / N(nj>=2) Problème MC? Data (noir) B.d.F.

97 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.97 Studying events with high jet multiplicity : 2 leptons + 3 jets, only 1 track match e1e2 3 jets p T (cal) = 22.6 p T (CFT) = = 0.77 = 0.77 = 4.17 = 4.17 charge = -1 p T (cal) = 22.0 = 2.40 = 2.40 = 1.13 = 1.13 charge = 0 p T (cal) = 17.1 / 16.7 / 15.9 = / / 0.94 = / / 0.94 = 3.57 / 0.73 / 1.12 = 3.57 / 0.73 / 1.12 Mee = 60.3 ; Missing Et = 11.3 Run ; event D Run 2 Preliminary 3 jets

98 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.98 Studying events with high jet multiplicity : 2 opposite sign leptons + 2 jets, not in Z peak e1e2 2 jets p T (cal) = 43.0 p T (CFT) = 22.2 = 0.57 = 0.57 = 1.50 = 1.50 charge = +1 p T (cal) = 21.0 p T (CFT) = 19.8 = = = 4.76 = 4.76 charge = -1 p T (cal) = 19.9 / 17.7 = / = / = 1.29 / 5.85 = 1.29 / 5.85 Mee = 64.9 GeV ; Missing Et = 37.4 Run ; event D Run 2 Preliminary 2 jets Most probably : Zee event With one electron badly measured, producing overestimated Et miss.

99 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.99 Contributions des fonds

100 1/10/2002Auguste Besson, soutenance de thèse, ISN-Grenoble.100 LuminositéLuminosité émittance transverse dans lanneau daccumulation émittance transverse dans lanneau daccumulation interaction faisceau-faisceau dans le TeVatron interaction faisceau-faisceau dans le TeVatron vide au niveau de CDF vide au niveau de CDF stabilité donc temps de vie des faisceaux stabilité donc temps de vie des faisceaux durée du faisceau de proton de 150 GeV dans linjecteur durée du faisceau de proton de 150 GeV dans linjecteur pertes dantiprotons lors de leur accélération pertes dantiprotons lors de leur accélération pertes dans les transferts pertes dans les transferts « inefficacité » de D0 (Experiment to tape efficiency) « inefficacité » de D0 (Experiment to tape efficiency) ~ 60 %


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