Recherche de jauginos se désintégrant en trois leptons par le couplage λ121, avec les données du Run II de l’expérience DØ au Tevatron Anne-Marie Magnan Mardi 12 juillet 2005 LPSC Grenoble.

Plan Introduction La supersymétrie Le détecteur DØ Reconstruction des particules Corrections géométriques Analyse des données Interprétation des résultats Conclusion Perspectives m = 89 GeV.c-2

Introduction : le Modèle Standard Etat actuel : électromagnétisme Modèle vérifié très précisément par l’expérience, jusqu’à l’échelle électrofaible (~100 GeV) interaction forte interaction faible Mais : quelques incohérences corrections radiatives divergentes à la masse du Higgs 19 paramètres libres : masses des particules, couplages,… n’unifie pas les interactions électrofaible et forte n’inclut pas la gravité + Boson de Higgs Une solution possible : la supersymétrie masse du Higgs stabilisée unification des interactions électrofaible et forte possibilité d’inclure la gravité

La supersymétrie Brève introduction Brisure de supersymétrie La R-parité Phénoménologie en R-parité violée Le détecteur DØ Corrections géométriques Analyse des données Interprétation des résultats

III.1. Introduction Supersymétrie Bosons Vecteurs des interactions Spin entier Fermions Particules de matière Spin demi-entier boson fermion = supermultiplet, avec même masse, même charge, même isospin faible, même nombre de couleur. Le lagrangien invariant par supersymétrie décrira les champs libres et les interactions possibles entre ces champs. partenaire fermionique d’un boson de jauge λ φ ψ† Partenaire scalaire d’un fermion du Modèle Standard fermion du Modèle Standard Exemples : Aμ λ†, ψi† λ, ψi Champ de jauge partenaire fermionique d’un boson de jauge ou fermion du Modèle Standard

Classification des particules Deux champs de Higgs 4 neutralinos (i=1,2,3,4), 2 charginos (j=1,2). + Modèle Standard : W±, Z et γ

III-2. Brisure de supersymétrie Supersymétrie brisée : les « superpartenaires » ne peuvent pas avoir les mêmes masses que les particules standard, sinon elles seraient déjà découvertes ! Plusieurs modèles de brisure. Modèle SUGRA (SUperGRAvité) : la brisure de SUSY se fait dans un secteur “caché”, et est véhiculée au secteur “visible” par l’intermédiaire de la gravité. Termes de brisures dans le lagrangien :  Souvent reliée à M2 car hypothèse d’unification des couplages à l’échelle GUT. Couplages trilinéaires  MSSM : 124 paramètres libres  Réduits à 34 dans un modèle contraint cMSSM M1 , M2 = masse des bino et winos à l’échelle électrofaible M3 = masse des gluinos à l’échelle électrofaible m = matrices de masse des scalaires à l’échelle électrofaible b = paramètre de mélange des Higgs

Modèle de supergravité minimale Modèle mSUGRA (minimal SUperGRAvité) : plus que 5 paramètres libres m0 = masse unifiée des scalaires à l’échelle de grande unification (GUT); M1 = M2 = M3 = m1/2 = masse unifiée des jauginos+higgsinos à l’échelle GUT; tanβ = paramètre de mélange des Higgs; signe de μ = rapport des valeurs dans le vide des deux doublets de Higgs; A0 = valeur unifiée des couplages trilinéaires. On ne sait pas où se situe la SUSY dans cet espace. On choisit : tanβ = 5, A0= 0, et on étudie les paramètres m0, m1/2 et signe de μ . Valeurs des paramètres  Masses des particules Sections efficaces

III.3. La R-parité Définition de la R-parité: nombre quantique multiplicatif défini par Rp = (-1)3B + 2S + L Rp = +1 pour les particules standard, Rp = -1 pour les particules SUSY. Reflète la conservation des nombres baryonique et leptonique. Introduit pour assurer la stabilité du proton R-parité conservée = la PARTICULE SUPERSYMÉTRIQUE LA PLUS LÉGÈRE (LSP) ne peut pas se désintégrer: stable, bon candidat à la matière noire. R-parité violée : la LSP se désintègre en particules du Modèle Standard, les nombres leptonique et/ou baryonique ne sont plus conservés, le couplage doit être faible  limites expérimentales contraignantes pour respecter les phénomènes connus; ex. : temps de vie du proton > 1035 ans. Termes de R-parité violée dans le superpotentiel :

Les couplages de R-parité violée Les couplages particules SUSY- particules standard sont classés en 3 catégories: - λijk (états finaux leptoniques), - λ’ijk (états finaux semi-leptoniques) - λ’’ijk (états finaux hadroniques). i,j,k = indices des familles (leptons et quarks) Par simplicité + nécessités phénoménologiques : un seul couplage non nul !! Etat final avec au moins deux électrons : on choisit le couplage λ121; On choisit λ121= 0,01 (Limite actuelle : λ121 < 0,05). Rp=+1 μ+ νeL ~ e- λ121 Rp=+1 e-L ~ e- λ121 νμL _ Rp= - 1 Rp= - 1 Rp=+1 Rp=+1

III.4. Phénoménologie en R-parité violée Collisions quark-antiquark : couplages de jauge >> couplage RpV  R-parité conservée : • production d’une paire de particules SUSY; • en général, sfermions trop lourds  paire de jauginos • dans l’espace des paramètres explorés, la composition des jauginos est : Voie s ~ photino ~ zino ~ winos • production favorisée : jauginos les plus légers (plus d’espace de phase pour la réaction) Mais: Voie t  γγγ, Zγγ  ZWW  γγZ, ZZγ  WWZ  ZZZ  WWγ Principalement production de et .

Chaine de désintégration Désintégration des jauginos : en deux corps : paire fermion-sfermion (ms < mχ) puis sfermion  LSP + fermion en trois corps : en jaugino plus léger + paire de fermions + désintégration directe en leptons du Modèle Standard RpV RpC Exemples : • υi ~ _ Z* f W* f χ 1 ~ Paires de jauginos  paire de LSP = 2 dans l’état final Désintégration des neutralinos en leptons  Couplage λ121 Etat final: eeee, eeeμ, ou eeμμ + énergie manquante eμ ee RpV Possibilité de perte d’un lepton: recherche de ee+l, l=e ou μ .

En résumé production de paires de jauginos RpC  principalement et désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) RpC avec leptons des cascades désintégration des 2 LSP en leptons 50% eeμμ 25% eeeμ 25% eeee RpV Etat final recherché ee + (e ou μ) + ν’s

Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : Ldélivrée = 1 fb-1 Le Tevatron Comment chercher de nouvelles particules, ou comment tester le Modèle Standard précisément ?  Se placer au-delà de l’échelle électrofaible, ou à l’échelle d’énergie que l’on veut tester . Supersymétrie : > 1 TeV Grands instruments : Tevatron, collisionneur proton-antiproton actuellement en fonctionnement à s = 1,96 TeV; 6 km de circonférence; Temps entre deux collisions : 396 ns; Deux points de collisions et deux détecteurs : DØ et CDF. 2002 2003 2004 2005 Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : Ldélivrée = 1 fb-1 Luminosité intégrée

Objectif : identifier et reconstruire des électrons et des muons La supersymétrie Le détecteur DØ Vue d’ensemble Les détecteurs de traces Les calorimètres Le système de détection des muons Le système de déclenchement Récapitulatif Corrections géométriques Analyse des données Interprétation des résultats Objectif : identifier et reconstruire des électrons et des muons

I.1. Vue d’ensemble du détecteur p ~ 20 m Les coordonnées utilisées pseudo-rapidité η = -ln(tanθ/2) Impulsion p, énergie E, Plan transverse (x,y) : angle φ impulsion transverse pT  ~ 12 m p -

I.2. Les détecteurs de traces SMT + CFT 800000 canaux de silicium 77000 fibres scintillantes Mesure de p , η, φ, charge Champ magnétique de 2 T. a- Vue d’ensemble b- Acceptance du détecteur On ne sait pas où a lieu la collision en z SMT : position du vertex en z < 60 cm . CFT : η < 2,5 c- Reconstruction de traces Résolution en pT : 2 - 10%

Critères de sélection des électrons I.3. Les calorimètres Calorimètre à échantillonage Uranium + Argon liquide CC EC ICD Cryostats Objet électromagnétique Energie reconstruite = EM1+EM2+EM3+EM4+FH1 EM3 EM4 solénoïde EM2 EM1 FH1 z  Vertex d’interaction θphys Forme de la gerbe : dimensions longitudinale + transverse  Variable de χ² appelée H-matrix : écart entre un vrai électron et l’objet testé. 0 < H-matrix < 10 000. H-matrix petite : < 40  vrai électron. Fraction électromagnétique > 0,9 Isolation : fraction d’énergie dans les cellules autour < 0,2. Critères de sélection des électrons Critères de qualité

I.4. Le système de détection des muons Mesure de l’impulsion des muons Scintillateurs Critères de sélection des muons Chambres à fils 1- Zone fiducielle: η < 2 2- Qualité : « loose » « medium » « tight » Nb de segments dans les détecteurs 3- Trace associée dans les détecteurs centraux ? 4- Variables d’isolation : énergie autour de la trace dans les détecteurs centraux, et autour du dépôt dans le calorimètre < 2,5 GeV.

I.5. Le système de déclenchement Entrée : 2,5 millions d’évènements par seconde Temps de calcul Sortie électronique des détecteurs Décision du niveau L1 Ex: calorimètre : une tour EM de seuil > x + un signal MUON en coïncidence dans les couches A, B et C non Détecteurs On efface < 4,2 μs oui Entrée : 2000 évènements par seconde non Décision du niveau L2 Ex: MUON de qualité Medium On efface < 100 μs oui Entrée : 200 évènements par seconde non Décision du niveau L3 Ex: la gerbe EM a la forme d’un électron On efface < 100 ms oui Sortie : 50 évènements par seconde On sauvegarde et on reconstruit entièrement l’évènement

Identification et reconstruction des électrons et des muons Détecteurs de traces Calorimètres Détecteurs de muons p, pT, η, ϕ E, ET, fEM, isolation, H-matrice Qualité medium Trace centrale Isolation Probabilité de χ² d’associer une trace à un dépôt d’énergie dans le calorimètre CRITÈRES DE QUALITÉ Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) 0 < likelihood < 1 , proche de 1 = vrai électron. CORRECTIONS Energie transverse manquante : Ce que l’on ne peut pas détecter = les particules neutres qui n’interagissent que par interaction faible. Collision suivant z  avec i particules produites lors de la collision. , avec i particules visibles

La supersymétrie Le détecteur DØ Corrections géométriques Explication du problème Méthode employée Vérification des résultats obtenus Analyse des données Interprétation des résultats

II.1. La problématique Quelle est l’énergie initiale de la particule ? Interaction avec de la matière  perte d’énergie Calorimètre = matière instrumentée  mesure de l’énergie En amont : matière morte (structures du SMT, solénoïde, cryostat du calorimètre) La perte en amont du calorimètre dépend de l’épaisseur traversée. Détecteur à géométrie cylindrique  a priori indépendance en φ  La perte d’énergie ne dépend que de η et de l’énergie incidente. Pour avoir accès à l’énergie initiale : simulation Monte Carlo. Un évènement = 1 électron généré à une énergie E. CC EC nord sud ICD Après reconstruction, perte d’énergie en fonction de la pseudo-rapidité η 50 GeV EMC- Ereco Energie reconstruite = EM1+EM2+EM3+EM4+FH1 EM3 EM4 solénoïde EM2 EM1 FH1 z  Vertex d’interaction ηphys CC EC ICD ηdet ηdet

II.2.a Corrections dans le CC : |ηdet| < 1.1 18 points en énergie entre 2 et 200 GeV. 100 GeV 50 GeV Fonction de paramétrisation : CC avant corrections ηphys aCC bCC cCC 1. CC : énergie fixée, dépendance en η;  ΔE ~ 1-2 GeV 50 GeV CC après corrections 100 GeV ηphys 2. Dépendance en énergie des coefficients aCC, bCC, et cCC; 3. Vérification de la correction;  ΔE ~ 0,1 GeV

II.2.b Corrections dans le EC : 1.5 < |ηdet| < 2.5 160 GeV - partie sud Fonction de paramétrisation : EC avant corrections 160 GeV - partie nord Même procédure 4. EC : Énergie fixée, dépendance en η; 160 GeV - partie η < 0 EC après corrections 160 GeV - partie η > 0 5. Dépendance en énergie des coefficients aEC, bEC, cEC, dEC et eEC; CORRÉLÉS  combinaisons linéaires αEC, βEC, γEC, δEC, et εEC grâce à la matrice de corrélation. εEC est indépendant de E : fixé. αEC, βEC, γEC : même forme de dépendance en énergie. αEC Partie nord δCC Partie nord 6. Vérification de la correction; Noter l’échelle !

II.2.c Corrections dans l’ICD : 1.1 < |ηdet| < 1.5 50 GeV aIC bIC 50 GeV CC et EC corrigés On symétrise 7. ICD : Énergie fixée, dépendance en η; 8. Paramétrisation globale;

II.3. Vérification des résultats : MC Simulation MC de Zee. Valeur du PDG 2004 : mZ = 91,19 GeV.c-2 ΓZ = 2,5 GeV Valeur moyenne avant et après Ecart-type avant et après Générée Reconstruite avant corrections Reconstruite après corrections

II.3. Vérification des résultats : données Valeur du PDG 2004 : mZ = 91,19 GeV.c-2 ΓZ = 2,5 GeV .c-2 Données réelles : sélection de deux électrons du pic de résonance du Z Me1e2 = (2.E1.E2.(1-cosθ12)) Après : m = 90,8 GeV Avant : m = 86,3 GeV

La supersymétrie Le détecteur DØ Corrections géométriques Analyse des données Principe Les données et les MC utilisés Accord avec le Modèle Standard ? Sélection de trileptons Interprétation des résultats

IV-1. Structure globale d’une analyse de données Propriétés attendues Section efficace de production SUSYGEN Objectif : Trouver de nouvelles particules Échantillon SIGNAL ! Simulation MC ! Ce que l’on a : Données du détecteur Prises entre juin 2002 et août 2004 355 pb-1 Échantillon DONNEES REELLES Ce que l’on connaît : Prédiction du Modèle Standard Échantillons BRUIT DE FOND ! Simulation MC ! Comparaisons En nombre En forme Référence : pic de résonance du Z Désaccord = Défauts des données réelles ? Mauvaise simulation ? Il manque des processus ? La SUSY est découverte ! Accord = Modèle Standard OK Détecteur OK

IV-2.b Les processus du Modèle Standard Z/DYee 5-1960 GeV + données Avec 2 électrons de qualité Processus donnant un état final avec 2 électrons ou 1 electron+1muon: τ+ Z τ- υe e+ υτ e- - W Z/DY  ee 5-1960 GeV Z/DY  ττ 5-1960 GeV Z/DY  μμ 5-1960 GeV W  lυ WW inclusif WZ inclusif ZZ inclusif ttbar  ll Υ ee Υ μμ PYTHIA NORMALISATION nMC = nsel x Lréelle/LMC Ex. : Efficacité de sélection de 100%, lumi de 355 pb-1 σZee = 254 pb  90170 évènements Z attendus σλ121 = 1 pb  355 évènements de signal attendus  1ère étape : vérification de l’accord DATA-MC Modèle Standard Signal négligeable à ce niveau

Déroulement de l’analyse 1ère étape : vérification de l’accord données réelles - Monte-Carlo Sélection ee Sélection eμ  Efficacités de sélection des objets  Efficacité du système de déclenchement  Fond manquant : les « faux » électrons et « faux » muons  Non détaillée 2ème étape : sélection du signal Coupures qui éliminent les processus du Modèle Standard, mais pas le signal ! Sélection eel

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (I) MC trop optimiste  1ère piste : différence de comportement dans la sélection des objets Ex. la simulation reconstruit les traces trop proprement. (tt) (tp) (tf) Résonance du Z 15 < pT < 20 GeV, 1,5 < |η| < 2,5 pT (GeV.c-1) Efficacité des coupures données Monte Carlo CC : |η|< 1,1 EC : 1,5 <|η|< 2,5 (tt) (tp) (tf) Résonance de l’Υ 7 < pT < 10 GeV, |η| < 1,1  Correction du MC Rapport εdata/εMC CC : |η|< 1,1 EC : 1,5 <|η|< 2,5 pT (GeV.c-1) Objectif : estimer l’efficacité de sélection des objets (critères de qualité « qual ») dans les données et dans le MC, pour corriger les différences éventuelles. (tt) : évènements avec deux électrons très bons; (tp) : un électron très bon + un électron avec les critères recherchés (tf) : un électron très bon + un électron qui ne passe pas les critères recherchés qual Méthode : sur un lot d’objets que l’on sait être des électrons Paire d’électrons des résonances du Z et de l’Υ + toujours un « bon » objet Puis on regarde comment réagit le deuxième objet de la paire  efficacité de la coupure à sélectionner un « bon » objet.

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (III) Evènements de même signe dans le Modèle Standard = mauvaise identification de la charge Il manque un processus !  3ème piste : faux électrons (muons) pas de distinction de charge, on doit les trouver dans les évènements de même signe. Evènements avec 2 électrons de même signe Fond QCD : interactions les plus nombreuses qq  qq, qg, gg Quarks et gluons peuvent être reconstruits comme des électrons ou des muons isolés _ Mais cette probabilité est très faible : nécessité de millions d’évènements, trop long à simuler. Modèle : estimation à partir des données. Recherche d’une variable discriminante: Variable discriminante : H-matrice (forme de la gerbe) Échantillon de recherche Echantillon QCD 40

Après normalisation : vérification sur plusieurs variables Le fond QCD Ajout de ce fond : Après normalisation : vérification sur plusieurs variables Normalisation en nombre d’évènements : x 2,2 ± 0,4

Évènements à deux électrons Pseudo-rapidités : OK Rappels Simulation des processus du Modèle Standard qui donnent un état final avec deux électrons. Représentation des « faux » électrons  fond QCD A ce niveau : le signal est noyé dans le fond Modèle Standard  on doit avoir un très bon accord DATA/Monte Carlo. Energie transverse manquante : OK Impulsion transverse de l’électron le plus énergétique : OK Impulsion transverse du deuxième électron : OK Masse invariante : OK

Évènements avec un électron et un muon Impulsion transverse de l’électron Impulsion transverse du muon  Bon accord

IV-4. Sélection de trois leptons Au niveau où le signal est négligeable : très bon accord entre les données réelles et leur interpretation dans le cadre du Modèle Standard. Il faut maintenant sélectionner le « signal » : on recherche ee + (e ou μ) + ν’s Signal : (m0=1000, m1/2=280, μ > 0) Nombres d’évènements : Somme des fonds 28865 ± 60 ± 2005 Données réelles 27590 ee : eμ : Ajout d’un troisième lepton : natt = 9,34 ± 0,08 (stat) ± 0,78 (sys) Somme des fonds 454 ± 17 ± 40 Données réelles 516 natt = 4,54 ± 0,08 (stat) ± 0,52 (sys) -1,1 +8,5 Somme des fonds 16,2 ± 3,5 Données réelles 17 natt = 5,21 ± 0,08 (stat) ± 0,49 (sys)

IV-4. On affine la sélection Objectif : encore moins de fond sans trop diminuer le signal : Coupure Signal Bruit bruit data n°1 : ee+eμ pT > 10;10 GeV.c-1 13,12 27600 0,08 27000 n°2 : eel pT > 10;10;5 GeV.c-1 5,21 16,2 1,29 17 n°3 : eel pT > 15;10;5 GeV.c-1 14,5 1,37 n°4 : qualité de la trace dans le SMT 3,67 6,8 1,41 9 n°3 : ET > 15 GeV 3,46 1,16 3,21 1

Vérifications Vérification au niveau de la sélection de 3 leptons Masse invariante Énergie transverse manquante

En chiffres Finalement : Dans le signal m0=1000 GeV

Les sources d’erreurs considérées Signal : statistiques = 1-4% suivant le nombre d’évènements générés (~ 5000) systématiques (triggers, εqual, …) = ~ 10 %

Hypothèse la plus probable : évènement Z + jet L’évènement restant Hypothèse la plus probable : évènement Z + jet le jet étant reconstruit comme un électron Electron 1 pT = 47,1 GeV.c-1. Electron 2 pT = 41,5 GeV.c-1. Electron 3 pT = 9,1 GeV.c-1. MET = 26,4 GeV.c-1.

La supersymétrie Le détecteur DØ Corrections géométriques Analyse des données Interprétation des résultats Obtention d’une limite En mSUGRA En MSSM Combinaison avec d’autres états finals intéressants

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ? m0 = 1000 GeV, tanβ = 5, A0 = 0 Le nombre d’évènements observé dans les données réelles est en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard. Peut-on rejeter l’hypothèse de l’existence du signal ? NON ! Il faut tester l’hypothèse signal+bruit, et mettre une limite supérieure sur la section efficace que le signal pourrait avoir tout en étant compatible avec les nombres d’évènements observés et attendus, dans 95% des cas notée σ95 Si σ95 < σth, on exclut l’existence du point, si σ95 > σth, on ne peut rien dire. Limite attendue  si Nobs = Nbkg donne une indication de la sensibilité de l’analyse

σ95 liée à l’efficacité de la sélection V-2. Résultats en mSUGRA σ95 en fonction de m1/2 τ2 + ντ ~ χ + lν 1 νi + ei τ1 + ντ Rapports de branchement du pour μ > 0 χ + W (e,μ)L + (e,μ) τ2 + τ ~ χ + ll 1 (e,μ)R + (e,μ) νi + νi (e,μ)L + (e,μ) τ1 + τ Rapports de branchement du pour μ > 0 σ95 liée à l’efficacité de la sélection  liée au nombre de leptons  lié aux rapports de branchement des jauginos produits ( , ). Zone exclue 20% en (e, μ) + ν Limite attendue 2 leptons en plus Limite observée

msfermions >> mjauginos. A grande valeur de m0 106 GeV 110 GeV σ95 en fonction m χ 1 ~ 248 GeV 270 GeV msfermions >> mjauginos. σ95 en fonction de m1/2 212 GeV 214 GeV σ95 en fonction m m (GeV) χ 1 ~ m1/2 > 248 GeV.c-2 m > 212 GeV .c-2 m > 106 GeV.c-2 m1/2 > 270 GeV.c-2 m > 110 GeV.c-2 m > 214 GeV .c-2 Exclusion DØRunI Exclusion DØRunI

V-3. En MSSM Dans un modèle plus général  cMSSM 210 GeV Dans un modèle plus général  cMSSM On ne fait plus l’hypothèse de l’unification de la masse des jauginos+higgsinos à l’échelle GUT Les paramètres sont au nombre de 15 (+19 du Modèle Standard) On utilise M1, M2, On choisit μ = 1000, tanβ=5, msquarks = msleptons = 1000 GeV M2 ~ M

V-3. Combinaison : λ121 Recherche de μμ+l  Daniela Kaefer (Aachen) Recherche de ee+τ  Anne-Catherine Le Bihan(Strasbourg) Sensibilité en λ121 ~ 3-4% pour μμ+l ~ 1-2% pour ee+τ

Conclusion La SUSY n’a pour l’instant été vue ni en R-parité conservée, ni en R-parité violée. Résultats obtenus en mSUGRA : pour 100 < m0 < 1000 GeV .c-2 , tanβ = 5, A0= 0 m1/2 > 248 GeV.c-2 (resp. 270) pour μ < 0 (resp. μ > 0) m > 106 GeV.c-2 (resp. 110) pour μ < 0 (resp. μ > 0) m > 212 GeV .c-2 (resp. 214) pour μ < 0 (resp. μ > 0) Etude de l’exclusion dans un modèle plus général: pour des scalaires lourds (~1000 GeV), tanβ = 5, μ = 1000 m > 210 GeV .c-2 quelque soit la masse du Les résultats combinés avec deux autres analyses complémentaires donneront lieu à une publication. Run I : 190 et 210 GeV.c-2 limites LEP : m > 39 GeV .c-2 m > 103 GeV .c-2 χ 1 ~

Perspectives au LHC Analyse CMS Sections efficaces + grandes ! Sélection de 3 leptons isoles (e ou μ) et de 2 jets de grand pT. Analyse CMS Sections efficaces + grandes !

Masses, couplages, … indéterminés par la théorie  en particulier, unification des couplages ?  Supersymétrie  Unification des couplages  Ajout d’autres masses indéterminées Hiérarchie entre les masses : mυ< 3 eV et mt ~ 178 GeV  10 ordres de grandeur.   Supersymétrie : ajout de particules à m~1 TeV. Gravité non incluse : que se passe-t-il à MPlanck ~ 1019 GeV ?  à comparer avec l’échelle actuelle ~100 GeV : pas de nouvelle physique entre les deux ??   Supersymétrie Champ de Higgs : champ scalaire fondamental  corrections radiatives à sa masse : divergence quadratique  problème de naturalité   Supersymétrie : annulation des divergences quadratiques.

Insuffisances du Modèle Standard Le Modèle Standard marche très bien. MAIS : quelques incohérences … ex. : accord avec les mesures de précisions  mHiggs < 200 GeV. Nouvelle physique : quand la gravité devient importante face aux autres forces : à l’échelle Λ = Mplanck = 1019 GeV. Mais mHiggs < 200 GeV  Λ ~ 1 TeV. Nouvelle physique à 1 TeV ? Solution possible: la supersymétrie. Résoud le problème des divergences quadratiques à la masse du Higgs, Unification des couplages fort et électrofaible à l’échelle GUT = 1016 GeV, Apporte un très bon candidat à la matière noire de l’univers

Relativité générale : rayon à partir duquel une particule devient localisée Principe d’incertitude d’Heisenberg : une particule ne peut pas être localisée à mieux que sa longueur d’onde de compton. Égalité entre les deux.

1. Dans CC : énergie fixée, dépendance en η II.1. Méthode employée 18 points en énergie entre 2 et 200 GeV. Fonction de paramétrisation : 1. Dans CC : énergie fixée, dépendance en η CC avant corrections 50 GeV 100 GeV

Coefficients dans CC cCC aCC Fonction de paramétrisation : CC avant corrections Fonction de paramétrisation : CC avant corrections cCC Fonction de paramétrisation : CC avant corrections bCC

b: terme de bruit bruit de l’électronique + radioactivité de l’Uranium ne dépend pas de l’énergie. s: terme d’échantillonage perte de résolution due à la séparation du calo en zones actives et passives. varie en E : % aux électrons récoltés  poisson c: terme constant lié à la structure du calo + calibration % à l’énergie (calibration)

1- les donnees : 355 pb-1 2- Les processus du Modèle Standard : Tableau 3- XS du signal -> 1 pb … avec 355 pb-1 et une efficacité de sélection de 100% : on attend 355 évènements Z-> 254 pb -> 90170 -> largement dominant. 4 - On doit d’abord vérifier l’accord DATA-Modele Standard. les objets precedemment definis, on etudie l’accord sur ee et emu plot brut … ca va pas … 5- DATA => enlever les periodes ou le detecteur de fonctionne pas, selectionner des triggers pour etre surs d’avoir ce qu’on veut !! Trouver un exemple bete…. 6-reproduire le turn-on sur les MC 7- efficacite de selection des objets 8- il manque un fond …QCD 9- accord, tout va bien !! 10- selection de eel : signal/racine(bruit) -> coupures intelligentes …parallele avec le signal 11 - ce qui reste a la fin 12- display de l’événement 13-

I.5. Le système de déclenchement Détecteur « A » Sortie électronique du détecteur Registre calé sur les croisements de faisceau, à 32 cases. Stocke les données du détecteur en attendant la décision du trigger L1. Effacement des données si L1 dit « non » i.e. dans 99,9% des cas. Horloge a 132 ns, i.e. taux de croisement des faisceaux écriture L1 dit « oui » via un Serial Command Link (SCL) Les données sont alors chargées dans un autre buffer en attendant la décision des triggers L2 lecture écriture Position ajustée en fonction du temps de réponse de L1. Buffer FIFO Attente de la décision L2. 16 cases L2 dit « non », les données du détecteur sont effacées pour cet évènement. Décision L2 OUI/NON via le SCL L1 désactivé Commande « L1 occupé » envoyée via le SCL Buffer plein L2 dit « oui » Buffer FIFO. Stocke les données en attendant qu’elles soient lues par le SBC 8 cases SBC Carte VME Données du détecteur « A » Envoyé au L3 via des câbles Ethernet L2 désactivé Commande « L2 occupé » envoyée via le SCL Buffer plein

Erreurs sur les efficacités de sélection:

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ? Approche dite « fréquentiste » : Probabilité d’observer n évènements quand on en attend k  données réelles : Nobs = 1  L = 355 pb-1 δL/L = 0,065 1ère hypothèse : le signal existe. k = bkg + sig, n = Nobs  Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance  Prob(i  n|k)  0,05. On cherche σ95 tel que : Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05 Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ95. On compare ensuite σ95 à σth. Si σ95 < σth, on exclue l’existence du point, si σ95 > σth, on ne peut rien dire.  Fond Modèle Standard : Nbkg = 1,16 δNstat = 1,43 δNsys = 0,18 δN bkg  Signal : εsig δεstat δεsys δε  εeff 2ème hypothèse : le signal n’existe pas. k = bkg, n = Nobs  Prob(i  n|k) < 0,5.10-6. sig = εeff σ Ldata

En résumé Supersymétrie : quarks et leptons  partenaires scalaires = squarks et sleptons bosons de jauge  partenaires fermions = jauginos champs de Higgs  partenaires fermions = higgsinos Jauginos + higgsinos = mélangés en 4 neutralinos et 4 charginos Brisure de la supersymétrie : mSUGRA brisure transmise par l’intermédiaire de la gravité échelle de brisure : 1 TeV 5 paramètres libres m0, m1/2, tanβ, signe de μ, A0 Equations du groupe de renormalisation  masses à l’échelle électrofaible. On recherche : production de paires de jauginos  désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) avec leptons des cascades désintégration des 2 LSP en leptons : 50% eeμμ 25% eeeμ 25% eeee Etat final recherché ee + (e ou μ) + ν’s principalement et . RpC RpV

Identification et reconstruction des électrons et des muons Pour l’électron : Probabilité de χ² d’associer une trace à un dépôt d’énergie (= gerbe) dans le calorimètre Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) : avec fEM, P(χ²), isolation, H-matrice, ET(calo)/pT(trace),… 0 < likelihood < 1 , proche de 1 = vrai électron. On prendra : likelihood > 0,5. Energie transverse manquante : Ce que l’on ne peut pas détecter = les particules neutres qui n’interagissent que par interaction faible. Collision suivant z  avec i particules produites lors de la collision. , avec i particules visibles En pratique : difficile ! Cf. plus loin.

I.6. Données réelles et simulation Luminosité : probabilité d’interaction L = (b frev N1N2 ) / (4πσxσy) - b : nb de paquets de p - frev : fréq. de révolution - N1, N2 : nb de p et anti-p - σxσy: taille des faisceaux en (x,y) 1 barn = 10-24 cm2. Simulation Monte Carlo - génération d’un processus physique précis - simulation du passage des particules produites dans le détecteur Codes : PYTHIA, SUSYGEN Necessité de normaliser à ce qu’on attend dans les données réelles section efficace d’un processus : Probabilité qu’un processus a de se réaliser  Natt = ε σ L exemple : le signal que l’on veut voir a une section efficace σ = 1 pb, on a une efficacité de sélection ε = 10%, la luminosité est de L = 350 pb-1  Natt = 35 évènements. 2005 2002 2003 2004 2005 Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : Ldélivrée = 1 fb-1 Corrections Sorties des détecteurs Bruits de l’électronique de lecture Matière en amont du calorimètre Simulation trop optimiste : besoin de « dégrader » à la main la résolution dans la simulation. Energie transverse manquante : il faut introduire ces corrections dans le calcul …

Quelques vérifications ϕ mod (2π/32) 1) Jonctions entre les modules du calorimètre MC 50 GeV EMC- Ereco Zone inter-modules entre 0,07 et 0,13 en ϕ  jusqu’à 16% de perte d’énergie. MAIS on ne corrige que des pertes dues à la matière en amont du calorimètre.  On ne tient pas compte de ces zones. 2) Asymétrie entre les bouchons nord et sud MC 50 GeV

IV-2.a Les données réelles Prises entre juin 2002 et août 2004 . Système de déclenchement : basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques, ou 1 objet électromagnétique + 1 muon. On appelle ces « triggers » : EM, 2EM et EMMU. INDISPENSABLES : pour sélectionner les évènements intéressants + ils déterminent la luminosité effective. Luminosité : délivrés par le Tevatron  513 pb-1; triggers EM, 2EM et EMMU opérationnels  444 pb-1; sans les périodes de mauvais fonctionnement de certains détecteurs  Au final : 355 ± 23 pb-1 . Erreur : 6,5% due à la mesure de la luminosité.

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (II) Effet du système de déclenchement non-simulé  2ème piste : sélection des objets inefficace dans les données réelles dû au système de déclenchement Ex. les triggers ne sélectionnent que 50% des processus Z  ee on aura deux fois trop de Monte Carlo !! Il faut « simuler » cet effet dans le MC. Efficacité du système de déclenchement basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques, ou 1 objet électromagnétique + 1 muon

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ?  Signal : εsig δεstat δεsys  Fond Modèle Standard : Nbkg = 1,16 δNstat = 1,43 δNsys = 0,18 Approche dite « fréquentiste » :  données réelles : Nobs = 1  L = 355 pb-1 δL/L = 0,065 δN bkg δε  εeff sig = εeff σ Ldata δL Leff 1ère hypothèse : le signal existe. k = bkg + sig, n = Nobs  Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance  Prob(i  n|k)  0,05. On cherche σ95 tel que : Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05 Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ95. On compare ensuite σ95 à σth. Si σ95 < σth, on exclue l’existence du point, si σ95 > σth, on ne peut rien dire. Probabilité d’observer n évènements quand on en attend k 2ème hypothèse : le signal n’existe pas. k = bkg, n = Nobs  Prob(i  n|k) < 0,5.10-6.

Comparaison des limites obtenues au Run I et au Run II de DØ : A0 = 0, tanβ = 5, μ < 0 L = 355 pb-1 L = 4 et 8 fb-1

Merci de votre attention ! RdV à la caféteria