Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz1 Du TeVatron au LHC: perspectivesphysiques du Run II.

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1 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz1 Du TeVatron au LHC: perspectivesphysiques du Run II

2 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz2 Fermilab Main Injector & Recycler Tevatron Chicago p source Booster p p p p 1.96 TeV CDF DØ Run 1 1.8 TeV ~0.1 fb -1 Run 2 1.96 TeV -> 8fb -1

3 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz3 Status du Tevatron le Tevatron marche bien et... de mieux en mieux 2002 2003 2004 2005 1.5 10 32 cm -2 s -1 350 10 10 pbar disponibles Luminosite instantannee pic

4 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz4 Status du Tevatron Luminosite record: 1.8 10 32 cm -2 s -1 Luminosite integree: record: 27 pb -1 /semaine/expt delivree: 1.5 fb -1 /expt sur bande: 1.3 fb -1 /expt 2002 2003 2004 2005 Lum. Integ. deliveree / Expt 1 fb -1

5 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz5 Evolution de la luminosite 9/30/03 9/30/04 9/30/05 9/30/06 9/30/07 9/30/08 9/30/09 30 mA/hr 25 mA/hr 20 mA/hr 15 mA/hr Integrated Luminosity (fb -1 ) 98765432109876543210 FY05: on double FY07: on double FY09: on double peak pbar stacking rate Run IIbRun IIa FY06: on double

6 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz6 Status des experiences Excellents detecteurs generalistes: tracking, b-tagging, calorimetre, muon, … CDF: resolution en impulsion et particule ID (K, ) DØ: couverture muon et resolution en energie

7 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz7 Status des experiences Detector/trigger/DAQ downtime ~ 5% Beam Conditions, Start/End stores ~ 5% Trigger deadtime ~ 5% : choix Detector/trigger/DAQ downtime ~ 5% Transitions de stores et runs ~ 2-3% FEB ~ 3-5%

8 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz8 A lattaque du Modele Standard with 1 fb -1 1.4 x 10 14 1 x 10 11 6 x 10 6 6 x 10 5 14,000 5,000 1000 ~ 100 100 ~ 10 H (barn) QCD jet cross section HQ production proton structure diffraction Underlying event Electrofaible W mass and width Trilinear gauge couplings top production top mass top decay,charge,spin Higgs boson Nouvelle Physique SUSY gauge sector: Z, W extra dimensions compositeness: b, t, leptoquarks substructure Non SM Higgs bosons Physique de la beaute B s mixing: m s / m d Rare decays: B s, etc. B s lifetime: / CP violation masses and lifetimes

9 QCD

10 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz10 Jets Jet Cross Section CDF Preliminary 1.04 fb -1 0.1 < |y| < 0.7 Midpoint R cone =0.7 f merge =0.75 R sep =1.3 CDF Preliminary p T jet in log scale [GeV/c] p T jet in linear scale [GeV/c]p T jet [GeV/c] b-jets

11 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz11 + Jets

12 Physique de la beaute

13 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz13 La beaute dans tous ses etats... CDF Prelim. 370 pb -1 DØ Prelim. (1fb -1 ) B + B + J/ + First Direct Observation! B + B + J/ + B + K, B + J/ K + (bs) (bd) B 1, B* 2 B* s2 CDF Preliminary (800 pb -1 ) B c in fully reconstructed mode Significance > 6 BcBc

14 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz14 B s -> CDF Run 2: 780 pb -1 : BR(B s μμ) < 1.0x10 -7 @95% CL 364 pb -1 : BR(B s μμ) < 2.0x10 -7 @95% CL D0 Run 2: 300 pb -1 : BR(B s μμ) < 3.7x10 -7 @95% CL CDF+D0 comb: BR(B s μμ) < 1.5x10 -7 @95% CL MS predit BR(Bs μμ) ~ 3.5x10 -9

15 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz15 B s -> dans MSSM: BR pourrait etre 10 a 1000 fois plus grand M 0 [GeV] m h ~115GeV -> 10 -8 <Br(Bs )<3×10 -7

16 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz16 B s mixing m s = 16.8 ps -1 x m s = 24.8 ps -1 x CKM Fit Result: m s = 18.3 +6.5 -1.5 ps -1 from m d Lower limit on m s from m d / m s

17 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz17 B s mixing ~1100 B s completement reconstruits CDF Preliminary (350 pb -1 ) B s D s, avec D s (K + K - ) m d ~ 0.5 ps -1

18 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz18 B s mixing m s > 14.8 ps -1 @ 95% CL 1 fb -1 17 < m s < 21 ps -1 @ 90% CL valeur preferee: 19 ps -1 2 fb -1 : m s <15 ps -1 8 fb -1 : m s <22 ps -1 s / s

19 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz19 CPV dans le melange des B = 4Re( b ) / (1 + | b | 2 ) Propriete unique du detector de DØ pour les muons: on peut changer independemment la polarisation du solenoide et des toroides -> mesure lasym. due aux effets de detecteur = p - q p + q

20 Le top fort

21 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz21 le quark top PRODUCTION essentiellement en paires par interaction forte DESINTEGRATION ~85% ~15%

22 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz22 top: production forte ajouter lepton+trace: - MET cut moins severe - b-tag pour reduire fond e et l+trace incertitude totale comparable avec 2 fois moins de donnees

23 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz23 top: production l+jets NN pour separer top du bruit

24 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz24 top: production forte 8.2 ± 0.6 (stat.) ± 1.0 (sys.) HT > 200 GeV 2 tags 1 tag 8.8 +1.2 -1.1 (stat.) +2.0 -1.3 (sys.) 1 b-tag 2 b-tags

25 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz25 top: production forte -> 370 pb -1 CDF -> 750 pb -1

26 le top electrofaible

27 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz27 top: production electrofaible

28 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz28 top: production electrofaible

29 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz29 top: production electrofaible s+t channel < 3.4 pb @ 95% CL t-channel < 3.1 pb @ 95% CL s-channel < 3.2 pb @ 95% CL 695 pb -1

30 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz30 Heavy W boson

31 Quelques proprietes du top

32 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz32 Quelques proprietes du top DØ Prelim. 365 pb -1 Top Charge Top Lifetime best likelihood fit c top = 0 Exclude Q = +4/3 at 94% CL Reconstructed Top Charge (e) Impact Parameter ( m) CDF Prelim. 318 pb -1 SM hep-ex/0503002 (c top ) SM = 3x10 -10 m lepton + 3jets c top < 52.5 m at 95%CL |V tb | 0.78 @ 95% CL

33 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz33 t t resonance - (e ou ) + 3jets - 1 jet b-tagged - MET

34 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz34 top: helicite du W dans le MS: F - ~ 0.3 F 0 ~ 0.7 F + ~ 0.0

35 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz35 top: helicite du W D0 RunII 370pb-1 F + < 0.24 @ 95%CL F + = 0.08 0.08 0.05

36 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz36 masse du top Template Analysis (lepton+jets) 173.4 ± 1.7(stat) ± 2.2(JES+syst) GeV CDF

37 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz37 masse du top Matrix Element Analysis (lepton+jets) Un likelihood determine simultanement M top, la JES et la fraction de signal Les probabilites sont construites a partir des elements de matrice, des fonctions de transfert et des fonctions de distribution partoniques D0

38 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz38 masse du top

39 masse du W

40 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz40 masse du W But est dameliorer par rapport a LEP2 va demander ~ 1fb -1 ou plus Strategie: extraire la masse de quantites cinematiques Masse transverse p T du lepton Missing E T

41 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz41 masse du W CDF Run II prel. L=200 pb - 1 D0 Run I: L=82 pb -1 W e W natur e Statistics455060Stat. Lepton scale+res. 703059Stat. Recoil50 37Stat. background20 9Stat. Production+ Decay 30 23 Theo. total1058584 Comb. e+ 76 MeV84 MeV Most uncertainties scale with statistics: L Production and Decay model being improved -> 20-30 MeV Single experiment uncertainties: L=2 fb-1: m W =25-35 MeV (with LEP2: m W =21-27 MeV) L=8 fb-1: m W =20-30 MeV (with LEP2: m W =18-24 MeV)

42 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz42 Implications pour le Higgs A 20-30% measurement of the Higgs mass

43 Le Higgs Standard

44 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz44 Higgs: production et desintegration Deux strategies: MH lepton-ID et b-tagging MH > 135 GeV, exploiter la fusion de gluon et reconstruire 2 bosons vecteurs => lepton-ID

45 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz45 WH -> l bb, l=e, e/ b jet b jet Muon and electron channel combined: 1 or 2 tagged b-jets electron or muon with p T > 20 GeV E T miss > 20 GeV window cut on dijet invariant mass Backgrounds:W+jets, top pairs, di-bosons

46 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz46 WH -> l bb, l=e,

47 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz47 ZH -> bb acoplanar jets + MET: >= 1 tagged b-jet 2 jets with E T > 60/25 GeV E T miss > 70 GeV window cut on dijet invariant mass Backgrounds:W/Z+jets, top pairs, di-bosons, multijets E T 1 = 100.3 GeV E T 2 = 54.7 GeV E T miss = 144.8 GeV M jj = 82.1 GeV

48 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz48 ZH -> bb

49 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz49 H -> WW* -> l l

50 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz50 H -> WW* -> l l

51 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz51 WH -> WWW* -> l l qq

52 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz52 Higgs combined limits

53 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz53 Higgs combined limits We can bridge the gap between current limits and SM predictions by optimizing the analyses, improving the algorithms, adding/combining channels and experiments, using more data (~2fb -1 ) Exciting prospects for the future: – Sensitivity to m H > 114 GeV starts at ~2 fb -1 – Exclusion up to 180 GeV possible with 8 fb -1

54 Nouvelle Physique

55 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz55 SUSY: trileptons

56 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz56 SUSY: squarks&gluinos jets + MET

57 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz57 SUSY: squarks&gluinos 4 b-jets + MET

58 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz58 Conclusions D0 et CDF sont en premiere place pour etre en mesure de pousser le Modele Standard dans ses retranchements dans les secteurs: de linteraction forte de linteraction electrofaible et du secteur de Higgs des saveurs lourdes de la nouvelle physique Nous sommes raisonablement optimistes sur les possibilites de physique dici 2009 Il faut essayer de continuer/renforcer la cross- fertilization entre la communaute LHC et la communaute Tevatron, qui finiront par se fondre en une seule.

59 Ameliorations et IDs

60 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz60 W + jets

61 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz61 W + jets

62 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz62 Z + jets Z + b-jets CDF D0 predictions NLO

63 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz63 Z+jets: Sherpa/Pythia/Data p T (Z) njets

64 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz64 Z+jets: Sherpa/Pythia/Data p T (jet1) p T (jet2)

65 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz65 Z+jets: Sherpa/Pythia/Data (j,j) p T (jet3)

66 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz66 Jet Energy Scale The jet energy scale is the dominant uncertainty in many measurements of the top quark. CDF and DØ use different approaches to determine the jet energy scale and uncertainty: –CDF: Scale mainly from single particle response + jet fragmentation model. Cross-checked with photon/Z-jet pT balance etc. ~3% uncertainty in Run II. Further improvements in progress. –DØ: Scale mainly from photon-jet pT balance. Cross-checked with the closure tests in photon/Z+jet events etc. new Run II calibration uncertainty ~ 2% In-situ m W calibration has been successfully used to improve JES by both CDF and DØ in top mass measurements.

67 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz67 Jet Energy Response Function

68 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz68 Jet Resolution

69 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz69 Simulation

70 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz70 Simulation

71 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz71 B-ID

72 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz72 -ID

73 backup slides

74 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz74 Algos de jets

75 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz75 Jet Energy Scale

76 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz76 Jet Energy Response Function

77 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz77 B s mixing

78 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz78 B s mixing

79 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz79 B s mixing

80 Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz80 B s mixing