La Londe 03/05/04Correlation de spin1 Corrélation de spin dans la production tt F. Hubaut, E. Monnier, P. Pralavorio (CPPM) 1.Motivations 2.Etat des lieux théorique 3.Analyse expérimentale 4.Résultats 5.Conclusions et perspectives

La Londe 03/05/04Correlation de spin2 1. Motivations Le top décroît sans s’hadroniser (t~3x s) : production et décroissance du top : QCD perturbative et calculs NLO spin conservé entre production et désintégration transmission directe aux produits de la désintégration Etude des observables reliées au spin du top : recherches des couplages non standard dans les décroissances du quark top (test de la structure V-A) sensibilité à la nouvelle physique : nouveaux mécanismes de production, test des symétries discrètes (CP),... tests du Modèle Standard

La Londe 03/05/04Correlation de spin3 2. Introduction théorique (1) Wbl +,d,sv,u,c  (NLO) Dans le repère du top, les effets de polarisation (S) sont observés en mesurant les distributions angulaires des particules filles :  i angle entre une particule de la décroissance du top et l’axe de quantification du spin du top s  i degré avec lequel l’angle de cette particule est lié au spin du top t W b l +  q1q2 s

La Londe 03/05/04Correlation de spin4 Corrélations entre les spins des quarks t et t 2. Introduction théorique (2) Etudes aux collisionneurs hadroniques : 1.‘Single’ top car le top est produit polarisé (~300 pb au LHC) 2.Paires tt (~800 pb au LHC) non polarisées (< 1%) mais … (dans la base hélicité) Invariance sous CP : Invariance sous P : Mtt (GeV)  (u.a.)

La Londe 03/05/04Correlation de spin5 2. Introduction théorique (3)  1 (  2 ) : angle entre une particule fille dans le repère du top (anti-top) et une direction a (b), axe de quantification du spin du top (anti-top). Connaissant A et  on peut écrire : Le choix des axes (a, b) conditionne la mesure de la corrélation de spin

La Londe 03/05/04Correlation de spin6 2. Introduction théorique (4) LHC: ~90% gg vs 10% qq, g(x) à petit x (~ 0.02) Asymétrie maximale dans la base ’hélicité’ (A=0.33), pas de base optimale Tevatron: ~15% gg vs 85% qq, g(x) à grand x (~ 0.2) Plusieurs choix de base possibles : optimal pour off-diagonale, i.e. A(qq)=1 au LO Avantages du LHC : Grande statistique (  x 100 Tevatron) Corrections QCD petites (1-10%) Incertitudes théoriques plus faibles (améliorations d’ici le démarrage) Hélicité (A=-0.35) Off-diag (A=0.78) Beamline (A=0.78)

La Londe 03/05/04Correlation de spin7 3. Monte Carlo TopReX 4.05 : matrice de densité de spin au LO pour la production et la décroissance des paires tt (développé par CMS et intégré dans ATHENA) Pythia 6.2 : hadronisation, fragmentation et décroissances Tauola+Photos : décroissance du lepton  et corrections radiatives Atlfast 2.60 : simulation rapide d’ATLAS + reconstruction avec fonction de structure CTEQ5L, ISR-FSR, pas de pile-up. Remarque : la plupart des générateurs (Pythia, Herwig, n’ont pas la corrélation de spin implémentée La génération des événements s’effectue à l’aide de :

La Londe 03/05/04Correlation de spin8 3. Résultats au niveau partonique Distributions angulaires avec 2 leptons ‘analyseurs de spin’ : C=0.00C=0.33 PythiaTopReX Estimateur non biaisé de C: * CosΘ 1 · CosΘ 2 TopReX reproduit l’asymétrie attendue au LHC

La Londe 03/05/04Correlation de spin9 Différents canaux de décroissance des paires tt (LHC 10 4 pb -1 ) : Dileptonique (0.4M): ee, e ,  Prague Semileptonique (2.5M): e+jets,  +jets CPPM Tout hadronique (3.7M): jets Difficile … Bruit de fond intrinsèque (1.7M) :  +X 3. Décroissances des paires tt

La Londe 03/05/04Correlation de spin10 3. Canal dileptonique (1) Sélection des événements : 2 leptons (e ou  ) reconstruits de charge opposée avec p T > 25 GeV, |  |< 2.5 E T miss > 40 GeV (2 ) 2 jets de b avec p T > 25 GeV,  < 2.5 |M ll -M Z | > 5 GeV, |M bb -M Z | > 5 GeV pour BdF Signal : evts/an (  = 20%)

La Londe 03/05/04Correlation de spin11 3. Canal dileptonique (2) Bruit de fond tt : tt   + X Bruit de fond non tt : Processus Drell-Yan associés avec des jets Z   associés avec des jets WW bb  ll S/B~10 S/B~8.5 Reconstruction de la topologie de l’événement: Ensemble de 6 équations à 6 inconnues (p et p ) résolu dans 98% des cas (>=1 solution) avec ~70% de pureté (solution correcte) au niveau partonique Signal : evts/an (  = 15%)

La Londe 03/05/04Correlation de spin12 3. Canal semileptonique (1) : lej (  ~ 0.5) ou W, b (  ~ 0.4) Sélection des événements : 1 lepton (e ou  ) avec p T > 20 GeV, |  |< 2.5 E T miss > 20 GeV (1 ) 4 jets avec p T > 40 GeV,  < 2.5 dont 2 b Signal : evts/an (  = 0.8%) Signal : evts/an (  = 4.0%) Coupures de qualité :  M W REC -M W | < 20 GeV et |M t REC -M t | < 35 GeV Pour augmenter l’asymétrie : M(tt) < 500 GeV (A~0.33  0.5) Mtt (GeV)  (u.a.)

La Londe 03/05/04Correlation de spin13 3. Canal semileptonique (2) Reconstruction de la topologie de l’événement: M~173 GeV  ~ 11 GeV tlepthad M~175 GeV  ~ 11 GeV Bruit de fond non tt : W+4jets simulé grâce à AlpGen Z + jets  ll + jets WW, WZ, ZZ, Wbb : faible  bb  lv + jets 40<S/B<200 Bruit de fond tt : tt   + X tt  jets S/B~15

La Londe 03/05/04Correlation de spin14 3. Canal semileptonique (3) Distribution angulaires pour Signal + Bruit de fond avec ‘lep+lej’ : PythiaTopReXTopRex / Pythia

La Londe 03/05/04Correlation de spin15 Remarque : sans reconstruction des tops, analyse possible avec les angles dans le laboratoire, mais effets plus faibles… 4. Résultats au LHC (1) Résultats attendus pour C à 10 4 pb -1 (erreurs statistiques) : Analyseurs de spinlep + leplep+lej*lep+b had * ou lep+W had * Partons SM    Partons NC    Sel.+ Recons. SM 0.15    0.02 Sel.+ Recons. NC 0.01    0.02 * : résultats préliminaires + coupure M(tt)

La Londe 03/05/04Correlation de spin16 4. Résultats au LHC (2) Remarque : la coupure sur M(tt) permet de s’affranchir des incertitudes à grand p T Systématiques (en cours): Génération : fragmentation du b, ISR, FSR, PDF, m top, BdF Reconstruction : b-tag, jets (taille du cône, calibration), acceptance, … Coupures de sélection (p T,  ), de qualité (  M W,  M t ), M(tt) Incertitudes théoriques…

La Londe 03/05/04Correlation de spin17 4. Résultats au Tevatron Première mesure de la corrélation de spin par D0 : dans la base non –diagonale (optimale) pour les décroissances dileptoniques Résultats (RUN I, 125 pb -1 ) : 6 événements C off >-0.25 à 68% CL (théorie : ~0.8 NLO) Perspectives : A la fin du Run II (2fb -1 ), 150 événements C mesuré avec une précision de ~ 0.4 C’’est la première limite sur C !

La Londe 03/05/04Correlation de spin18 5. Conclusions et perspectives Effort théorique important pour offrir un cadre adapté à l’étude des corrélations de spin au Tevatron et au LHC. LHC produira une grande statistique de top  sensibilité aux effets fins dans la production des paires tt à faible luminosité ATLAS peut mesurer une corrélation de spin entre quark top et anti-top mais encore beaucoup de travail … Développements connexes : polarisation des ‘single tops’, effets de la physique au-delà du modèle standard, lien avec la production de Higgs dans le canal (ttH), …