Propriétés du quark top Spin / Hélicité – Charge – FCNC – Résonances Bernardo RESENDE – CPPM Physique ATLAS France, Seignosse, 11 septembre 2007

B. Resende - Propriétés du quark top Motivations Intérêt du top a priori : sa masse Contraintes MS (dont Higgs) et laboratoire pour BSEF Nouvelle physique inaccessible à basse masse Bruit de fond important (SUSY, Higgs) TeVatron : secteur du top encore peu exploré (statistique limitée) ATLAS : grande statistique disponible rapidement  mesures de précision Recherche NP avec O(10 fb-1), avant la haute luminosité Masse précision ~ 1.1% Section efficace précision ~ 8% BR vers quark b ~ 100% vérifié à ~10% (à ~25%) avec 3 générations Spin ½ pas d’étude concluante Couplage V–A t  Wb, polarisation vérifié à 11–23% (à 7% sous hyp.) Charge électrique ⅔ -4/3 exclu à 92% N.C. (81% N.C.) FCNC BR < 0.1 Résonances Z’ tt σ < 0.5–3.5 pb, M(Z’) > 680 GeV à 95% N.C. 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Sélection et reconstruction Sélection standard pour tt semileptonique 1 lepton isolé de haut pT pTm ≥ 4 jets de haut pT ≥ 2 jets étiquetés b Reconstruction de l’événement 2 jets légers  W ; W+b  top hadronique lepton + pTm  W ; W+b  top leptonique  Cas particuliers Association W-b cruciale  système lep-b Désintégrations rares/non-standard  1 seul côté déclenchement 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Polarisation du boson W issu du top CPPM Test de la décroissance du top (structure V-A électrofaible)… Modèle Standard (Mtop=175 GeV) 0.703 0.297 0.000 W+ longitudinal (F0) W+ gauche (FL) W+ droit (FR) … par la distribution angulaire du lepton dans le référentiel du W b t W n lep Y Angle entre :  le lepton dans le réf. du W  le W dans le réf. du top 1/N dN/dcos cos  17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

B. Resende - Propriétés du quark top Méthode de mesure CPPM Biais (acceptance, sélection)  correction avec info partonique Correction avec ATLFAST ; très bon accord avec simulation complète Simulation rapide – TopReX Simulation complète – TopReX Simulation complète – MC@NLO 0.5 fb-1 0.7 fb-1 10 fb-1 1/N dN/dcos F0=0.699 ± 0.005 FL=0.299 ± 0.003 FR=0.002 ± 0.003 F0=0.69 ± 0.03 FL=0.30 ± 0.02 FR=0.01 ± 0.02 F0=0.70 ± 0.03 FL=0.29 ± 0.02 FR=0.01 ± 0.02 cos cos cos Valeurs MS mesurées sans biais 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Systématiques et résultats réf : hep-ex/0508061 ATL-PHYS-PUB-2006-022 Calculées en simulation simplifiée Vérifiées en simulation détaillée Q-scale  Résultats pour 10 fb-1, canaux semi+dileptonique PDFs ISR/FSR Frag. b Valeurs mesurées F0 FR 0.697 0.000 erreur statistique ± 0.004 ± 0.003 erreur systématique ± 0.015 ± 0.012 Hadronisation Étiq. b (±5%) Miscalib. b (±3%) Masse top (±2 GeV) TeVatron (prévisions 2 fb-1) : δF0stat~0.09, δFRstat~0.03 Sensible à la nouvelle physique S/B (±10%) Empilement (2.3) Contributions dominantes (semilep) 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Sensibilité à la nouvelle physique CPPM Polarisation du W  déduire sensibilité aux couplages tWb anormaux  Approche générique avec un Lagrangien effectif et 4 couplages (MS au 1er ordre, ) F0 Limite à 2σ (statsyst) sur = 0.04 3 fois meilleure que les limites indirectes (usines à B, LEP) Moins sensible à et déjà fortement contraints par les usines à B ±1s Couplages anormaux 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Polarisation dans les paires tt CPPM Test de la production de la paire par QCD Tops non polarisés, mais paires de même spin favorisées tR tR + tL tL s (u. a.) tR tL + tL tR Mtt < 550 GeV AD=-0.29 A=0.42 chercher dimensions supplémentaires, tH+b … mtt (GeV) Distributions angulaires des filles dans les réf. de repos des tops Angle entre t(t) et analyseurs de spin Angle entre analyseurs de spin 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Polarisation tt, résultats réf : hep-ex/0508061 ATL-PHYS-PUB-2006-022 Résultats pour 10 fb-1, canaux semi+dileptonique Variable A AD Mesure 0.41 -0.29 erreur statistique + systématique 3% 6% 3% 3% Résultats confirmés en simulation détaillée Précision dominée par systématiques Sensibilité à la nouvelle physique (KK, SUSY) Combinaison hélicité W + polarisation tt Distinguer origine de la nouvelle physique éventuelle Mise à jour avec CSC (CPPM, SDU) : résultats semblables 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

B semileptonique : b  l + X B. Resende - Propriétés du quark top Charge du top Motivation : confirmer Qtop = 2/3 Qtop = -4/3 exotique possible dans les paires (Mesure par tt : faible stat, BdF  haute lumi) Mesure de la charge des particules filles (lepton et b) t W+ b W-  Association W/b par Mlept b  Qlep bien connue ; Qb-jet par deux méthodes : Charge pondérée (traces chargées dans le jet) B semileptonique : b  l + X (signe du lepton = signe du b) lept+b venant du même top lept et b de tops différents Bonne séparation b – b dès ~ 1 fb-1 Etudes (CSC) en cours : systématiques,… 175 GeV Mlep+b(GeV) 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Courants neutres changeant la saveur (FCNC) FCNC fortement supprimés dans le MS : BR < 10-13-10-10 Très forte augmentation dans certains modèles : BR jusqu’à 10-3 FCNC visible directement dans décroissance top (ou par production anormale de tops célibataires) Observation  nouvelle physique Sensibilité (exclusion à 95% N.C.) : BR(t  qZ) Processus Limite actuelle ATLAS (10 fb-1) tqZ ~ 0.1 (LEP) 3.1·10-4 tqg ~ 0.01 (HERA) 4.1·10-5 ~ 0.2 (TeVatron) 1.3·10-3  Tester les modèles en 1 an (10 fb-1) BR(t  qg) 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

Résonances X  tt Z’, technicolor, dim. supplémentaires (KK) E. Cogneras D. Pallin ATL-PHYS-PUB-2006-033 Résonances X  tt Z’, technicolor, dim. supplémentaires (KK) ATLAS : exploration des hautes valeurs de Mtt qq  Z’  tt gg  ηtechni  tt σ x BR (fb) σ x BR (fb) Potentiel de découverte à 5σ M(Z’) (GeV) Potentiel de découverte à 5σ M(Z’) = 700 GeV M(ηtechni) (GeV) BdF MS M(tt) (GeV)  Basse luminosité peut suffire pour découvrir nouvelle particule 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top

B. Resende - Propriétés du quark top Perspectives Quelques exemples seulement ici Mises à jour avec CSC ; estimations confirmées Rajouter déclenchement, empilement, détecteur réaliste Corrélés avec autres mesures, dont masse, σ, top célibataire Commencer à comprendre le top avec quelques fb-1 Beaucoup d’efforts, notamment calibration Si NP, top doit permettre observations précoces Orienter les recherches suivantes Top à haute luminosité moins évident Comment (et quand) combiner toutes ces observations pour restreindre le champ des possibles ? À réfléchir Dans tous les cas, maîtrise du top comme BdF indispensable Top standard ou non, le connaître au plus vite sous tous les aspects 17/01/2019 B. Resende - Propriétés du quark top