DES HAUTES TENSIONS AU SGLUON Recherche de Nouvelle Physique avec ATLAS Loïc VALERY LPC – Clermont Ferrand lvalery@cern.ch ----- Notes de la réunion (20/09/13 10:37) ----- * Virer hautes tensions et sgluon * Changer le titre pour attirer les gens * Des hautes tensions au sgluon: recherche de nouvelle … * Personaliser le talk: "je" Séminaire Deuxième Année Vendredi 27 Septembre 2013

Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Programme Contextes Suivi des hautes tensions du calorimètre hadronique d’ATLAS Recherche de Nouvelle Physique Etude du potentiel de découverte du sgluon dans ATLAS Recherche du sgluon dans l’expérience ATLAS ----- Notes de la réunion (20/09/13 10:37) ----- Cointexte*s* (virer étude) ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- Modifier titre

Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique ContextES

Modèle Standard Théorie éprouvée et confirmée expérimentalement Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Modèle Standard Théorie éprouvée et confirmée expérimentalement Dernière confirmation en date par ATLAS et CMS : Découverte d’un boson de Higgs Contenu en particules 6 quarks 6 leptons 4 bosons de jauge 1 boson de Higgs ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- Dernière … en date Quark top Grande masse (~172 GeV)

Le quark top Pas d’hadronisation : il se désintègre Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Le quark top Pas d’hadronisation : il se désintègre Désintégration selon t  Wb 33 % 67 % ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * Pas d'hadronisation * Haute masse: couplage de yukawa ? * ~ 100 % Grande masse : couplage important avec des particules prédites dans certaines théories au-delà du Modèle Standard. Il sera notre sonde pour étudier de telles théories Pourquoi aller au-delà du Modèle Standard ?

Au-delà du Modèle Standard : la Nouvelle Physique Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Au-delà du Modèle Standard : la Nouvelle Physique Modèle Standard : quelques limitations ou lacunes Gravitation non décrite Matière noire non prédite … Plusieurs théories alternatives proposent d’étendre ou de remplacer le Modèle Standard Parmi ces théories, une étudiée ici : la supersymétrie ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * matière noire -> non *décrite* * virer le problème de hiérarchie (compléter avec un plot bouclescalaire et masse du higgs) * virer la figure Théories testées auprès d’accélérateurs et de détecteurs

Le Large Hadron Collider : LHC Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Le Large Hadron Collider : LHC Anneau (27 km de circonférence) Dernier accélérateur d’un complexe Collisions proton-proton à une énergie de 8 TeV 4 grands détecteurs ALICE ATLAS CMS LHCb ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * vidéo Etudes faites dans le cadre d’ATLAS

A Toroidal LHC Apparatus : ATLAS Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique A Toroidal LHC Apparatus : ATLAS Détecteur généraliste, ~ 4π sr Plusieurs sous-détecteurs Plan transverse : perpendiculaire au faisceau 45 mètres z y x η ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * ajouter les dimensions d'atlas * virgule après généraliste * angle au faisceau … merdique * système coordonnée 22 mètres

Le calorimètre hadronique à tuiles (TileCal) Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Le calorimètre hadronique à tuiles (TileCal) Objectif : mesure de l’énergie des hadrons (jets) Alternance de fer et de tuiles de plastique scintillantes Interaction des particules avec le détecteur : émission de lumière Divisé en 256 modules : chacun peut contenir 48 photomultiplicateurs Total de 9852 photomultiplicateurs Chaque PMT alimenté par une haute tension spécifique ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * oral : à quoi sert le tile * espace avant les deux points * deuxième phrase * figure qui montre une gerbe

SUIVI DES HAUTES TENSIONS DU CALORIMETRE HADRONIQUE D’ATLAS Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique SUIVI DES HAUTES TENSIONS DU CALORIMETRE HADRONIQUE D’ATLAS ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * calo hadronique : FAUX ==> Tile Cal

Système de Hautes Tensions (HT) Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Système de Hautes Tensions (HT) Chaque module est alimenté par une même source HVin Ajustement à la valeur souhaitée (HVset) par la boucle de régulation Valeur régulée (HVout) enregistrée dans une base de données (DCS)

Enjeux du système de hautes tensions Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Enjeux du système de hautes tensions Gain d’un PMT dépendant de HVout avec et des paramètres intrinsèques du PMT (mesurés) ~ 10-14 ~ 7 Conséquence ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * oral : préciser que tous les betas ont été mesurés à clermont * Mesure constante de l’énergie Gain constant des PMT Hautes tensions constantes au cours du temps

Comportements problématiques du système de HT Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Comportements problématiques du système de HT Haute tension appliquée : 750 V en moyenne Deux principaux comportements : ΔHV = HVout – HVset constant ΔHV variable au cours du temps Comportement le plus problématique : HT instables. Suivi réalisé en 2012 pendant les collisions proton-proton ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * parler de la valeur haut tension appliquée * exemple de bon canal EBA01 PMT02 EBC30 PMT 14 EBC64 PMT30

Détection des canaux problématiques Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Détection des canaux problématiques Distribution de ΔHV tracée pour chaque canal du TileCal Ajusté par une gaussienne Paramètres μi (moyenne) et σi (écart-type) calculés Distribution des μi de tous les canaux d’une partition tracée puis ajustée: paramètres μpart (moyenne) et σpart Canal déclaré problématique si ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * plot pour un canal * |μi-μpart| > 5 σpart ou σi > 0.5 V Seule la distribution est utilisée … pas l’évolution !

Détection des canaux instables Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Détection des canaux instables Utilisation de l’évolution de ΔHV en fonction du temps 1 point Moyenne de ΔHV sur 1 jour Valeur de μi ΔHV = μi + 0.5 V Canal déclaré instable si plus de 5 points sont à plus de 0.5 V de μi

Résultats Tous les canaux sont analysés par les deux critères : Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Résultats Tous les canaux sont analysés par les deux critères : Forme de la distribution de ΔHV Evolution de ΔHV = f(t) Canaux passant les deux critères ΔHV trop important Instable Canaux éteints ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * 2013 * lignes jaune: offset * ligne rouge : istable * sans données -> OFF * Etat des canaux de hautes tensions le dernier jour des collisions p-Pb (Février 2013)

Comparaison avec les systèmes d’étalonnage Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Comparaison avec les systèmes d’étalonnage Parfois, mauvaise lecture des hautes tensions … Possible de vérifier ce fait ! Gain des PMT mesuré par d’autres méthodes Plusieurs systèmes utilisés : LASER : lumière LASER émise dans les PMTs (via fibres optiques) Césium : émission de γ par une source radioactive (dépôt d’énergie dans les tuiles). Beaucoup plus de détails dans le prochain séminaire par Emmanuelle ! ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * rappeler le schéma * calibration -> étalonnage * gamma moche Pourquoi comparer ? Hautes tensions vraiment instables Evolution du gain identique pour les HT et les systèmes d’étalonnage Fausse instabilité Evolution du gain différente pour les HT et les systèmes d’étalonnage

Comparaison avec les systèmes d’étalonnage Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Comparaison avec les systèmes d’étalonnage HVout value ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * gain DU PMT * rajouter le plot de HV en fonctino du temsp Gain du PMT mesuré par le LASER et le Césium compatible avec les HT Canal réellement instable

Comparaison avec les systèmes d’étalonnage Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Comparaison avec les systèmes d’étalonnage HT : augmentation du gain LASER et Césium : gain stable Fausse instabilité

Résumé de l’analyse Sur 9852 canaux dans le TileCal Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Résumé de l’analyse Sur 9852 canaux dans le TileCal 60 problématiques, soit 6 ‰ des canaux dont 7 vraiment instables, soit moins de 1 ‰ des canaux et 8 présentant un problème de lecture Problèmes de lecture Probablement une résistance haute tension défaillante dans la lecture ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * checker le nombre de résistances HV * prciser plus tôt qu'un canal stable n'est pas problématique Excellentes performances du calorimètre hadronique d’ATLAS

Recherche de Nouvelle Physique AVEC ATLAS: LE SGLUON Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Recherche de Nouvelle Physique AVEC ATLAS: LE SGLUON ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * chantier de rénovaltion des slides * espace avant les deux points Du potentiel de découverte aux données d’ATLAS

Recherche directe de Nouvelle Physique Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Recherche directe de Nouvelle Physique Démarche suivie Etude de la théorie Etude du potentiel de découverte Etude avec les données d’ATLAS Motivations de la théorie Etats finaux attendus Modèle effectif simplifié Simulation simplifiée de détecteur, analyse simple Extraction de limites attendues ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * simulation rapide -> simulation simplifiée * same on s. 27 * DONNEES * mise en place … --> analyse des données Choix d’une signature Optimisation de la sélection Comparaison avec les données

Supersymétrie et sgluon Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Supersymétrie et sgluon Plusieurs théories au-delà du Modèle Standard Parmi lesquelles : la supersymétrie Modèles minimaux : chaque particule du Modèle Standard associée à un super-partenaire g ~ g gluon gluino Spin 1 Spin 1/2 Potentiel problème : la violation de saveur peut être plus grande que celle observée expérimentalement ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * cotet de couleur scalire … bof * pesace après les deux moins * simple : minimal * citer la R-symétrie * Modèles plus complexes peuvent résoudre ce problème g ~ σ g gluon gluino sgluon Spin 1 Spin 1/2 Spin 0

Potentiel de découverte Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Propriétés du sgluon sgluons préférentiellement produits par paire production célibataire défavorisée par des boucles de squarks et/ou gluinos Désintégration dépend de la masse des particules filles désintégrations favorisées : au moins un quark top soit : tt, tc, tu Topologie tttt Topologie tjtt Topologie tjtj ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * supprimée: défavorisée * 4-tops à gauche * voir sans remplir les cases *

Potentiel de découverte Modèle effectif simplifié Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Modèle effectif [Calvet, Gris, Fuks, Valéry, JHEP(2013)] « Sgluons » aussi dans d’autres modèles (dimensions supplémentaires, théories vectorlike) Nécessaire d’étudier le sgluon indépendamment d’un modèle complet Modèle effectif simplifié Modèle conçu en étendant a minima le Modèle Standard : Un seul champ ajouté (le sgluon) Interactions inspirées de la supersymétrie (couplage préférentiel au quark top) ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * équibropable -> même couplage * agrandir les diagrammes * espace après les virgules Deux scénarios tt, tc et tu mêmes couplages tt uniquement

Signal et bruits de fond Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Signal et bruits de fond Etat final avec deux leptons de même charge électrique possible Signature très claire Très rare dans le cadre du Modèle Standard Très rare … mais pas impossible : bruits de fond Principaux bruits de fond W + jets tt Z + jets Dibosons ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * Bruits de fond modélisés par Monte Carlo : limite de l’analyse Simulation de l’interaction des particules avec un détecteur Simulation simplifiée avec le logiciel Delphes2 Reconstruction d’objets physiques: électrons, muons, jets, énergie transverse manquante (ETmiss)…

Sélection des événements Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Sélection des événements Objectif : sélectionner les événements de signal et rejeter les événements de bruit de fond Méthode plus simple : Basée sur l’état final attendu Une sélection par topologie de signal : 3 analyses distinctes Exemple : topologie tjtj Etat final Sélection 2 leptons de même signe 2 leptons de même signe (e, μ) 2 neutrinos MET > 40 GeV et MT(W) > 40 GeV 4 jets ≥ 3 jets 2 jets de b ≥ 1 jet étiqueté b ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * remplacer >= par le bon signe

Potentiel de découverte Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Résultats Analyse tttt Analyse tjtt Analyse tjtj ≥ 2 leptons de même signe MET > 40 GeV ≥ 5 jets pT > 25 GeV ≥ 3 jets étiquetés b ≥ 2 leptons de même signe MET > 40 GeV ≥ 4 jets pT > 25 GeV ≥ 2 jets étiquetés b 2 leptons de même signe MET > 40 GeV ≥ 3 jets pT > 25 GeV ≥ 1 jet étiqueté b Nombre d’événements Signal avec couplages identiques σ(400GeV) : 0.69 ± 0.08 Signal avec couplage au quark top σ(800 GeV) : 0.82 ± 0.07 Bruits de fond : 10.3 ± 1.5 Nombre d’événements Signal avec couplages identiques σ(400 GeV) : 36 ± 4 σ(800 GeV) : 0.77 ± 0.07 Bruits de fond : 286 ± 8 Nombre d’événements Signal avec couplages identiques σ(400 GeV) : 281 ± 11 σ(800 GeV) : 1.06 ± 0.14 Bruits de fond : 4191 ± 15

Limites Potentiel de découverte : limite attendue Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Limites Potentiel de découverte : limite attendue Section efficace : probabilité d’occurrence d’un processus Limite : section efficace au-delà de laquelle le signal devient visible malgré le bruit de fond (et les incertitudes). ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * rajouter incertitude * définir section effiace plus tôt Nouvelle Physique  Pas de Nouvelle Physique  Grande section efficace du signal Si Nouvelle Physique : VISIBLE

Potentiel de découverte Petite section efficace du signal Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Limites Potentiel de découverte : limite attendue Section efficace : probabilité d’occurrence d’un processus Limite : section efficace au-delà de laquelle le signal devient visible malgré le bruit de fond (et les incertitudes). Nouvelle Physique  Pas de Nouvelle Physique  Petite section efficace du signal Impossible de discerner les deux cas …

Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Limites Limite : bruit de fond x 10 Limite Section efficace théorique ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * expliquer la section effiace théorique Limite en masse pour l’analyse tjtj Analyse dans ATLAS : 10 x plus de bruit de fond que prédit par MC Faux leptons, mauvaise identification des charges électriques Limite recalculée dans cette hypothèse

Potentiel de découverte Topologie la plus prometteuse : tttt Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Limites Analyse tttt Analyse tjtj ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * remplacer parytout 4-tops en tttt * on va choisir -> non malheureux seule la nature choisit : à formuler mieux à l'oral Analyse tjtt Topologie la plus prometteuse : tttt Avec désintégration privilégiée en tt

Potentiel de découverte Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Choix de la signature Etude de prospective : topologie tttt avec deux leptons de même signe accessible Uniquement cas où σ  tt Analyse portée dans ATLAS : améliorations attendues prise en compte de l’empilement des collisions (pile-up) isolation des leptons correctement prise en compte certains bruits de fond déterminés à partir des données ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * BR = 1 à dégager * virer le sglun en 4 jets *

Potentiel de découverte Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Bruits de fond Deux types de bruits de fond : bruits de fond avec leptons de même signe : simulation MC WZ tt + Z ZZ tt + W WW tt + WW autres bruits de fond : à partir des données bruits de fond avec leptons provenant de : ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * estimation * signe pour les W * prompt en francais * désintégrations semi-leptoniques de mésons beaux conversion de photons … bruits de fond avec deux leptons mais erreur sur la charge électrique de l’un : essentiellement par un fort bremsstrahlung négligeable pour les muons (107 fois plus rare que pour les électrons)

Potentiel de découverte Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Théorie Potentiel de découverte ATLAS Sélection 3 catégories ee, eμ et μμ (selon le type de leptons) Sélection minimale : Critères de qualités divers 2 leptons de même charge électrique M(l1,l2) > 15 GeV et | M(l1,l2) - MZ | > 10 GeV (canaux ee et μμ) Variables supplémentaires pour la sélection : Njets Nombre de jets ETmiss Energie transverse manquante ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * 15 GeV * Z véto --> ee et emu * arg: leptons en phéno: e et mu … * l moches * Nb-jets Nombre de jets étiquetés b HT Somme des impulsions transverses leptons et jets

Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Variables Njets Etmiss [GeV] ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * virer les bulles * Nb-jets HT [GeV] Distributions différentes pour le signal et les bruits de fond : variables discriminantes

Optimisation de la sélection Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Optimisation de la sélection Plusieurs combinaisons de sélections sur HT, Njets, Nb-jets, ETmiss Basée sur la limite attendue en masse Choix : plus grande limite attendue en masse ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * Et Miss * virer la bulle * virer le plots summary Etmiss ≥ 40 GeV Choix final : Njets ≥ 2, Nb-jets ≥ 2, ETmiss > 40 GeV, HT > 650 GeV

Nombre d’événements attendus Nombre d’événements observés Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Résultats [ATLAS-CONF-2013-051] Nombre d’événements attendus Nombre d’événements observés Observations en accord les attentes ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * nombre d'événements attendu * nombre d'énvément observés * virer bon * limites -> observée Pas d’excès significatif On interprète en terme de limite observée

Limites Limite attendue : ~820 GeV Limite observée: 800 GeV Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Limites Limite attendue : ~820 GeV Limite observée: 800 GeV

Conclusions Système de régulation des hautes tensions Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Conclusions Système de régulation des hautes tensions Critères efficaces : possible de détecter les dysfonctionnements Excellentes performances du système (moins de 1 ‰ de canaux instables) Recherche de Nouvelle Physique Analyse phénoménologique : ATLAS sensible au sgluon Recherche dans ATLAS : nombreuses améliorations Modélisation des bruits de fond Prise en compte des incertitudes systématiques … Pas d’excès significatif : limite observée de 800 GeV

Et après ? Système de régulation des hautes tensions Séminaire deuxième année Recherche de Nouvelle Physique Et après ? Système de régulation des hautes tensions Travail en cours sur le suivi des réparations Recherche de Sgluon dans ATLAS Publication en fin d’année Analyse plus raffinée : Optimisation faite canal par canal Utilisation d’outils multivariables en cours d’étude Optimisation du calcul de limite Mais aussi: Recherche de résonances top-antitop : publication en fin d’année Raffinement de la réjection de l’effet d’empilement ----- Notes de la réunion (20/09/13 11:58) ----- * papier : publication * ajouter les num conf notes * recherche de sgluon au lieu de recherche de nouvelle physique