le Run II de l’expérience D0 Séminaire IPN-Lyon 6 mars 2003 le Run II de l’expérience D0 Recherche de la supersymétrie (Premiers résultats et perspectives) Auguste BESSON

Plan Le TeVatron et D0 Supersymétrie Recherche du Higgs L’accélérateur Luminosité Détecteur D0 Déclenchement Supersymétrie introduction SUSY mSUGRA RPV GMSB Recherche du Higgs 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le TeVatron collisionneur p-pbar Début Run II : Énergie Luminosité CDF p DØ Booster collisionneur p-pbar Début Run II : 1er Mars 2001 Énergie De 1.8 à 1.96 TeV Luminosité Nouvel injecteur : Main injector Nombre de paquets : 6 x 6 → 36 x 36 production antiprotons  Recyclage des antiprotons : Recycler (Run IIb) Tevatron p p source Main Injector & Recycler 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le TeVatron Run 1b Run 2a Run 2b Date 1990-96 2001-2004 ~ 2004-2007 p/paquet (1011) 2.3 2.7 pbar/paquet (1010) 5.5 3.0 10 paquets 6 x 6 36 x 36 140 x 103 Longueur des paquets (cm) 60 37 Temps entre les paquets (ns) ~ 3500 396 132 ? interactions/croisement 2.5 4.8 angle de croisement (rad) 136 p/p emittance (mm mrad) 23/13 20/15 s (TeV) 1.8 1.96 L instantanée (1031cm-2s-1) 0.16 8.6 52 ∫Ldt (pb-1/semaine) 3.2 17.3 105 ∫Ldt totale (fb-1) ~ 0.13 ~ 2 ~ 10-15 6 mars 2003 Auguste BESSON

Run IIa : Luminosité actuelle Luminosité maximale atteinte = 3.5 x 1031 cm-2s-1 Facteur 2 manquant ∫L.dt délivrée ~ 180 pb-1 (1er mars 03) ∫L.dt sur bande ~ 80 pb-1 (1er mars 03) ~ 220 x 106 événements. date (jusqu’à sept. 2002) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Efficacité « data to tape » 6 mars 2003 Auguste BESSON

La collaboration DØ ~ 650 physiciens ~ 70 institutions 18 pays 6 labos IN2P3 (+CEA) ~ 60 français. dont 12 thésards 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le détecteur DØ Run I Run II upgrade excellent calorimètre traces LAr/U, hermétique, compensation Run II upgrade traces Détecteur de vertex au silicium Détecteur de traces à fibres scintillantes solénoide 2 Teslas Pied de gerbe Détecteur muons Électronique Calibration Calo. - Système de déclenchement 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le détecteur de vertex (SMT) p p Détecteur au silicium 6 barils de 4 couches 12 disques centraux “F” 4 disques avants “H” 790 000 voies d’électronique Performances Reconstruction des vertex Primaires: svertex = 15-30 mm(r-f) Second.: svertex = 40 mm(r-f); 100 mm(r-z) Couverture < 3 Résistance aux radiations 1Mrad B-tagging: rejection jets gluons/quarks légers 50 cm 1/2 du détecteur Barils Disques F Disques H Crucial pour top/b 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le détecteur de traces (CFT) Détecteur à fibres scintillantes Fibres scintillantes 830 µm diam. |η| ≤ 1.7; rayon : 20-50 cm 8 “super couches” ; angle stereo 3 deg. 74 000 voies de lectures reliées à Des VLPC (Visible Light Photon Counters) Performances Ident. /e±; Signe des e± Résolution position ~ 100 µm Instrumenté à ~100% 6 mars 2003 Auguste BESSON

Pied de gerbe Preshowers - Central (CPS) : Solénoide ICD CPS Preshowers - scintillateurs + absorbeurs Pb - Central (CPS) : monté sur le solenoide (|| < 1.2) - Avant (FPS) : monté sur les calos bouchons (1.4 <||<2.5) ICD (Inter Cryostat Detector) - scintillateurs 1.1<||<1.4 Performances position: 1.4 mm/e- de 10 GeV Déclenchement E.M. bas pT Séparation  / 0 Déclenchement niv.1 Preshower avant: pas encore de lecture FPS SMT SMT SMT 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le calorimètre q j e: p y Échantillonnage : Argon liquide L. Ar. gap 2.3 mm y q Échantillonnage : Argon liquide Temps de dérive ~ 430 ns. Absorbeur : U/Cu,Acier. compact et hermétique || < 4.2 (  2o) Compensation e/  1 Pureté argon importante < 0.15 ppm Segmentation fine 5000 tours  x  = 0.1 x 0.1 4 couches EM Résolution : e: Had.: E/E ~ 45% / √E j x Z U absorbeur 3, 4 ou 6 mm OH CH FH MH EM EM IH 6 mars 2003 Auguste BESSON

Les chambres à muons Tubes prop. à dérive (PDT) et Scintillateurs: 3 couches A,B,C Toroide entre couche A et B Performances Mesure de l’impulsion peu précise (association tracker central) Bonne résolution en temps des scintillateurs (~2.5 ns) Rejection des cosmiques déclenchement Candidat Z  +- 6 mars 2003 Auguste BESSON

6 mars 2003 Auguste BESSON

Toroide 6 mars 2003 Auguste BESSON

Système de déclenchement Luminosité instantanée : ~ x 50 Temps de croisement : 3.5 µs → 396 ns → 132 ns ? Section efficace totale : ~ 45 mb Système de déclenchement : 2.5 MHz 3 niveaux successifs Niveau 1 ~ 10 kHz électronique Niveau 2 ~ 1 kHz Préprocesseurs Niveau 3 ~ 50 Hz Informatique Exemple EM_HI N1 : Tour de 15 GeV N3 : candidat e.m. pT > 15 GeV ;  <1.5 6 mars 2003 Auguste BESSON

Un programme de physique très riche QCD Physique électrofaible Masse du W, W, sin2W, Z→bb, tests couplages WWZ,ZZ Physique du b Oscillation du Bs, masses, désintégrations rares, sin 2, violation CP , sections efficaces, dijets bb, temps de vies,… Physique du top - Masse du top, Br, désintégrations rares, single top, tt,… Au delà du modèle standard : Supersymétrie (SUGRA, GMSB, RPV,…), leptoquarks, dimensions supplémentaires,… Recherche du Higgs 6 mars 2003 Auguste BESSON

Supersymétrie

Pourquoi la Supersymétrie ? Larges succès du Modèle Standard Insuffisances du S.M. nombreux paramètres libres (3 couplages, 4 CKM, 9 masses, 2 secteur Higgs) Nombre de famille de fermions Hiérarchie entre les masses des fermions Brisure symétrie électrofaible Quid de la Gravitation ? Corrections radiatives à la masse du Higgs : Problèmes de hiérarchie Convergence des constantes de couplage  S.M. = Théorie effective à basse énergie d’une théorie plus fondamentale. 6 mars 2003 Auguste BESSON

SUSY: une symétrie fermion-boson théorie la plus prometteuse pour étendre le Modèle Standard résout le pb des divergences quadratiques du Higgs permet la convergence des constantes de couplages à l’échelle GUT large spectre de nouvelles particules Particule Standard  partenaire SUSY mêmes nombres quantiques, mêmes masses spin différent de ½ mais... Expérimentalement aucune particule SUSY détectée La SUSY est une symétrie brisée. Dans la plupart des modèles - particules SUSY produites par paires. - La particule SUSY la plus légère 10 (LSP) est stable et s’échappe du détecteur. Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) - Modèle le plus général mais plus de 100 paramètres 6 mars 2003 Auguste BESSON

un soupçon de théorie Principe de base: Construction d’une théorie SUSY Particule Standard  partenaire SUSY Générateurs SUSY : spineurs anti-commutatifs + Action S invariante sous une transformation susy S = le lagrangien se transforme comme une derivée totale. + algèbre SUSY fermée + invariance de jauge + termes de brisures SUSY “soft” (pas de div.quad.)  champ scalaire (spin 0);  spineur (spin 1/2) Lagrangien = L(,) S   ; S   S = L.d4x  S L.d4x = 0 6 mars 2003 Auguste BESSON

Convergence des constantes de couplages 1/i Échelle d’énergie Q (GeV) Modèle Standard Modèle SUSY 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le problème de hiérarchie Corrections radiatives de la masse du Higgs Or Si (GUT) Réglage fin  à 25 décimales… mH Masse du Higgs effective m0 Masse non corrigée mH Corrections radiatives  coupure ultra-violette Apparition d’une nouvelle physique à l’ordre du TeV ?  Soit pas de particule scalaire fondamentale (technicouleur)  Soit  une théorie qui annule ces divergence quadratiques 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le problème de hiérarchie résolu Les corrections radiatives deviennent: Contributions f/b opposées. Même pour des differences de masses de l’ordre de 1 TeV, Les divergences quadratiques disparaissent. Les masses des particules SUSY sont attendues à l’ordre du TeV. 6 mars 2003 Auguste BESSON

brisure de la SUSY La manière dont la SUSY est brisée n’est pas connue  différents modèles supergravité GMSB (Gauge mediated supersymmetry breaking) AMSB (Anomaly mediated supersymmetry breaking) etc. Brisure douce = brisure sans réapparition des divergences quadratiques. 6 mars 2003 Auguste BESSON

Supersymétrie : Nomenclature Symbole  Fermion  s-fermion / Boson  suffixe-ino 2 doublets de Higgs nécessaires Mélange des jauginos Particule SUSY la plus légère (LSP) souvent 6 mars 2003 Auguste BESSON

Modèle mSUGRA Modèles plus restrictifs  Supergravité (mSUGRA) = Susy locale + gravitation. 5 paramètres: m0 : masse commune des sfermions à l’échelle GUT m1/2 : masse commune des jauginos à l’échelle GUT tan  : rapport des valeurs moyennes dans le vide des 2 doublets de Higgs Sign  : signe du paramètre de mélange des Higgsinos A0 : couplage trilinéaire commun à l’échelle GUT Équations du Groupe de Renormalisation  masses des particules SUSY (+Higgs). 6 mars 2003 Auguste BESSON

recherches SUSY à D0 MSSM / mSUGRA RPV GMSB sections efficaces neutralinos/charginos squarks et gluinos RPV production de paires production résonnante GMSB neutralino NLSP stau NLSP

De nombreuses signatures... RPC: ppbarSUSYmET + leptons + jets signature la plus favorable = f(modèle, sections efficaces, rapports de branchements, masses, etc.) charginos/neutralinos trileptons + mET dileptons + mET squarks et gluinos jets + mEt single  + jets + mET stops et sbottom b-jets+leptons+mEt b1 b 20  10 e+ e- ~ 6 mars 2003 Auguste BESSON

Section efficace de production de paires en fonction de m1/2 (mSUGRA) tan  = 5  < 0 m1/2 paramètre déterminant A0 = 0; m0 = 100; tan  = 5;  < 0 ±0 Sections efficaces (pb) ±± sleptons Pour m1/2> 100 GeV et m0> 100 GeV Production de paires Charginos/Neutralinos dominante squarks 00 m1/2 (GeV) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Charginos/neutralinos: canal 3-leptons q 1- ~ _ l - l W - 1o Z0 l + ppbarSUSYmEt + lll combinaison eee,ee,e, Bruit de fond Standard très bas BdF. instrumental Run I Aucun excès observé RUN I Les evts 3-leptons + mET sont une signature classique pour la SUSY “golden channel” 6 mars 2003 Auguste BESSON

Charginos/neutralinos: RunII Luminosité ~ 42 pb-1 -> Sélection 3 leptons: eee, ee principales coupures: pTel1>15 GeV; pTel2>10 GeV; Mee < 70 GeV Bruit de fond: QCD, ttbar, WW, W+jet, W+, Z + « fake » électron Pt5: m0 = 500; m1/2 = 100; tan  = 2;  < 0; A0 = 0 xBr (pb-1) Pt5 = 0.58 Pt9 = 0.30 Pt9: m0 = 150; m1/2 = 150; tan  = 2;  < 0; A0 = 0 6 mars 2003 Auguste BESSON

Il faut y croire… (just for fun) D Run 2 Preliminary candidat eee 1o ~ 1- ~ l - q W - l q _ 1o ~ ~ 2o l - Z0 l + me1e2e3 = 85.2 GeV/c2 MET =10.7 GeV me2e3 = 63.5 me1e3 = 10.8 me1e2 = 55.7 e3 e2 e1 ET = 13.2 GeV pT = 15.1 GeV  = 1.06  = 5.72 Charge = -1 ET = 13.9 GeV pT = 10.9 GeV  = -1.94  = 2.80 Charge = +1 ET = 17.9 GeV pT = 0.52 GeV  = 0.43  = 5.42 Electron Electrons 6 mars 2003 Auguste BESSON

Charginos/neutralinos: di-muons de même signe Analyse « like sign » bruit de fond standard trés bas analyses RPC (02 1) D0 Run II preliminary Perspectives RunII (CDF): m0=100; m1/2=90-140; tan =5; <0; A0=0 Masse invariante M (GeV) Analyse L = 41pb-1 Coupures 2 muons isolés de m.signe pT>10 et pT>5 GeV 6 mars 2003 Auguste BESSON

squarks: section efficaces La production de squarks dépend ‘’uniquement’’ de leur masse tan  = 5;  < 0; A0 = 0 section efficace Squark-squark + Squark-antisquark Cross-section (pb) m1/2 (GeV) squark mass (GeV) m0 (GeV) Squarks dominants 6 mars 2003 Auguste BESSON

squarks et gluinos Etat final >=2 jets + mET coupures: mET, pTjets PRL 83, 4937 (1999) tan  = 2;  < 0; A0 = 0 Etat final >=2 jets + mET Run I L ~ 6 pb-1 no EWSB D0 Run II preliminary - MC.  Data coupures: mET, pTjets somme scalaire de ET acoplanarité. pas encore de limites (jet1-jet2) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Run II. étude préliminaire: di-photons + mET GMSB modèles Run II. étude préliminaire: di-photons + mET stau NLSP: +mET

GMSB Minimal Model of Gauge Mediation (MGM) 6 parameters : Fermilab Run II workshop: Baer et al. hep-ph/0008070 Baer et al. hep-ph/9903333 Minimal Model of Gauge Mediation (MGM) 6 parameters :  effective visible sector SUSY breaking parameter N number of messenger Mm mass scale of messengers tan  ratio of v.e.v. of the 2 higgs doublets sign() sign of mixing parameter of higgsinos CG ratio of the messenger sector SUSY breaking order parameter to the intrinsic SUSY breaking parameter nature de la NLSP: 01, stau, slepton, squark, etc. distance de vol NLSP signature: +mET; ll+mET ; +mET, monojet 6 mars 2003 Auguste BESSON

di-photons + mET Neutralino NLSP Etat final:  + mET + X Background N = 1; Mm = 2  ; tan  =15;  > 0 Background W,Wj,Zee,tt,WW,WZ,etc. Coupures: pT>20 GeV, track veto (Jet,mET)>0.5 M  80-102 GeV, vertex mET > 25 GeV D0. PRL 80, 3, 442 (1998) Run I Run II preliminary: D0 Run II preliminary 8.71.2 pb-1 - MC. + Data Expected Bkd 1.0  0.3 Data 2 6 mars 2003 Auguste BESSON

di-photons + mET. RunII neutralino NLSP Bruit de fond N = 1; Mm = 2  ; tan  =15;  > 0 Bruit de fond QCD, Drell-Yan, W,W+jets Ztautau, t tbar, etc. Luminosité = 41 pb-1 coupures 2 photons + veto trace + Missing ET 6 mars 2003 Auguste BESSON

canal  + mET dans certaines régions, stau est NLSP: stautau + gravitino identification du tau primordiale pour de nombreuses recherches. nouveauté RunII Identification par réseau de neurones Recherche Z: sélection +jet   0 données « même signe » ; données « signes opposés » coupure N.N. > 0.95: 11 évts.m.signe et 56 évts signe opp. (Anne-Catherine Lebihan) 6 mars 2003 Auguste BESSON

R-parité non conservée (RPV) conséquences canal diélectrons + jets production résonnante

R-parité  R-parité violée (RPV) non exclue théoriquement Potentiel SUSY : L,Q,D,E = supermultiplets (particule standard + superpartenaire) i,j,k = 1,2,3 (indices sur les familles)  9 + 27 + 9 = 45 nouveaux couplages de Yukawa nombres Leptoniques ( and ’) ou Baryoniques (’’) non conservés  définition R-parité : nombre quantique discret multiplicatif B= Baryon nb, L=nb Lepton, S=spin Rp= +1  particule SM Rp= -1  particule SUSY  R-p conservé (RPC)  Wrpv nul  R-parité violée (RPV) non exclue théoriquement avec Rp = (-1)3B+2S+L 6 mars 2003 Auguste BESSON

R-parité conservée/violée : conséquences R-p conservée: LSP stable et candidat à la matière sombre Particules susy produites par paires LSP s’échappe du détecteur  Etmiss R-p non conservée: violation des nombres B ou L Désintégration de la LSP À l’intérieur du détecteur (avec ou sans vertex déplacé) En dehors du détecteur Signature Susy différente Peu Etmiss Plus de leptons ( or ’) et de jets (’ or ’’) production simple via ’ or ’’ @ TeVatron section efficace  (’ijk)2 q g _ ~ (+1) (-1) (+1) (-1) 6 mars 2003 Auguste BESSON

RPV: couplage ’122 OU 1 scalaire et 2 fermions Désintégration LSP 6 mars 2003 Auguste BESSON

Production de paires + RPV: canal di-electron Modèle mSUGRA (m0 ; m1/2 ; A0 ; sign  ; tan ); LSP Particules susy produites par paires Tous les types de paires produits Cascades de désintégrations: 2 LSP Couplage dominant ’122 Désintégration de la LSP dans le détecteur  ’1jk >~ 10-3 LSP  1 e + 2 jets LSP particule de Majorana 2 électrons même signe (L.S.) possible État final : 2 L.S. électrons + 4 jets  Bruit de fond standard très bas 6 mars 2003 Auguste BESSON

Contours d’exclusions attendus Bruit de fond: Drell-Yan, ttbar,ZZ,WZ,WW Z+-e+e- + jets, bruit de fond instrumental coupures pTel1  15 ; pTel2  10 GeV Mee  76-106 GeV pTjet  20 GeV Limites à 90% c.l. Cas Bas m0: contribution squarks Pour 2 fb-1: msquark >~ 700 GeV ; mneutralino 1 >~ 95 GeV RUN II m1/2 (GeV) tan  = 5  < 0 A0 = 0 m0 (GeV) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Run II: premières données Données du → 06/02; L = 9.7 pb-1 (~10% Run I) Sélection avec 2 e de même signe Erreur : section efficace + statistique + luminosité (15%) 10 événements avec 2 leptons de même signe. D0 Run II preliminary 8 evts / 10 proches du pic du Z Masse invariante Mee 6 mars 2003 Auguste BESSON

Recherche d’événements à grande multiplicité en jets : 2 électrons de même signe + 2 jets Run 146452; évt 6623841 2 jets D Run 2 Preliminary e1 e2 2 jets pT(cal) = 60.8 pT(CFT) = 68.4  = 0.39 = 5.58 charge = -1 pT (cal) = 27.2 pT (CFT) = 36.7  = 1.18  = 2.19 pT (cal) = 27.5 / 24.8  = 1.44 / 0.07  = 3.43 / 1.21 Mee = 87.2 GeV ; Missing Et = 16.1 probablement : Z + 2 jets Mee = 87.2 GeV 6 mars 2003 Auguste BESSON

productions résonnantes: canal Dimuons 95% conf. level productions résonnantes: canal Dimuons A0 = 0 ;  < 0 ; tan  = 2 u ~ 1o  u d L Run I: L = 94  5 pb-1 Events observed = 5 Expected Backg = 5.34  0.07 _ _ d  1o ~  u d 1- ~ l - d  ~ W - d _ l + Run II: (Fast simulation) ’211=0.05 A0 = 0 ;  < 0 ; tan  = 1.5 Déliot et al., EPJ C 19 (01) 155 6 mars 2003 Auguste BESSON

Susy: Quelles chances au TeVatron ? Pour les sceptiques contraintes LEP fortes SUGRA: m1/2 >~ 200 GeV  peu favorable au TeVatron difficultés: nombreux états finals différents suivant les modèles.  nécessité de recherche dans un très grand nombre de modèles. Pour les optimistes améliorations: s +  + détecteur: Run II >> Run I RunIIa (2 fb-1): m(squarks) >~ 400 GeV ; m(gluino) >~ 400 GeV mSUGRA: m1/2 >~ 250 GeV pour tan =5. pas de meilleure alternative (qui croit à la technicouleur ?) de nombreuses hypothèses étudiées 6 mars 2003 Auguste BESSON

Recherche du boson de Higgs

Higgs: production production simple production H+W/Z fusion gluon-gluon  ~ 1 pb production H+W/Z  ~ 0.1 à 0.2 pb s (pb) Masse (GeV/c2) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Higgs: rapports de branchements MH <140 GeV: H bb dominant (Br ~ 50-90%) ggH: Bdf QCD énorme qqW/Z+H: étiquetage du lepton (e,) W/Z decay WH  l bb (Wbb, WZ, tt, single top) ZH  l l bb (Zbb, ZZ, tt) ZH   bb (QCD, Zbb, ZZ, tt) + fond irréductible QCD bb ~ 100 b MH >140 GeV: H WW* dominant ggH H  l l qqW/Z+H W/Z+H  l l j j Drell-Yan, WW, WZ, ZZ, tt, tW,  Rapport de branchement Masse H (GeV/c2) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Recherche du Higgs LEP Tous les canaux D0 + CDF La SUSY favorise Points clés: b-tagging Résolution masse inv. Mbb Haute luminosité requise Déclenchement résolution mET Connaisssance Bdf. Run 2A (2 fb-1) exclura mH → 115 GeV Run 2B (15 fb-1) exclura mH → 180 GeV 5  pour mH ~ 115 GeV LEP Luminosité / expt. (fb-1) Tous les canaux D0 + CDF Masse H (GeV/c2) La SUSY favorise mh < 140 GeV/c2 6 mars 2003 Auguste BESSON

Conclusion RUN IIa : ~ 200 pb-1 attendus été 2003. ~ 2 fb-1 en 2004. détecteur amelioré; + Lint20 ; +10% en énergie DØ prend des données de “physique” depuis 1,5 an. Le détecteur tient ses promesses. La luminosité s’améliore (4.1031 cm-2s-1) ~ 200 pb-1 attendus été 2003. ~ 2 fb-1 en 2004. Run 2a: L ≈ 1x1032 cm-2s-1, ∫Ldt ≈ 2 fb-1 Run 2b: L ≈ 5x1032 cm-2s-1, ∫Ldt ≈ 15 fb-1 Un programme de physique enthousiasmant Top, b, W/Z, SUSY, Higgs, etc… Le meilleur est à venir... 6 mars 2003 Auguste BESSON

ANNEXES

Luminosité Progrès constants émittance transverse dans l’anneau d’accumulation interaction faisceau-faisceau dans le TeVatron vide au niveau de CDF stabilité donc temps de vie des faisceaux durée du faisceau de proton de 150 GeV dans l’injecteur pertes d’antiprotons lors de leur accélération pertes dans les transferts « inefficacité » de D0 (Experiment to tape efficiency) ~ 75 % (objectif > ~90%). Progrès constants 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le détecteur central Détecteurs de trace: Preshower et ICD SMT ICD Le détecteur central Preshower Détecteurs de trace: Détecteur de vertex au silicium 6 barils de 4 couches 12 disques centraux “F” 4 disques avant “H” Primaires: svertex = 15-30 mm(r-f) Second.: svertex = 40 mm(r-f); 100 mm(r-z) Détecteur de traces à fibres scintillantes fibres scintillantes + VLPC 8 “super couches”; |η| ≤ 1.7 résolution position ~ 100 µm Preshower et ICD Solénoide: 2 T Détecteur de pied de gerbe résolution: 1.4 mm/e- de 10 GeV Détecteur intercryostat scintillateurs 1.1<||<1.4 Solénoide CFT SMT 1.2 m p p 6 mars 2003 Auguste BESSON

Le calorimètre (2) North End Cap Central Cal. South End Cap 6 mars 2003 Auguste BESSON

Pourquoi mesurer la pureté de l’argon ? Calorimètre DØ: Partie active : Argon liquide (LAr) Gerbe électromagnétique Ionisation de l’argon liquide Charge collectée Coups ADC puis GeV Pureté de l’Argon liquide Toute molécule électronégative (O2 ) absorbe les e- et donc diminue le signal. (charge collecté) / (charge idéale) Pollution (ppm) Nécessite une pureté ~ 0.5 ppm Mesure précise de la pollution E=10kV/cm, gap=2mm (ATLAS LARG-NO-53) 6 mars 2003 Auguste BESSON

6 mars 2003 Auguste BESSON

QCD: premières données Corrections préliminaires pour l’échelle d’énergie Pas de correction pour les triggers (biais) ou pour les efficacités de sélection Only statistical errors Only statistical errors 2-jets event ETjet1 ~ 230GeV ETjet2 ~ 190GeV Luminosité: ~1 pb-1 Single Jet PT Dijet Invariant Mass 6 mars 2003 Auguste BESSON

WW production / Search for ee+ET events A lot of interest in this channel (tri-linear couplings, New Phenomena) Exotic Higgs Models: 4th SM family enhance Higgs cross sections by a factor of ~8.5 for Higgs mass between 100-200 GeV Fermiophobic/Topcolor Higgs: BR(HWW) >98% for mH  100 GeV Backgrounds due to misidentified objects. Azimuthal opening angle between the leptons luminosity 8.8 pb-1 Require good e+e- Require good e+e- , missing ET, no jets 6 mars 2003 Auguste BESSON

Why measure this stuff anyway? di-jets events Why measure this stuff anyway? Some people think QCD measurements are only for "tuning Monte Carlo" or some such. In fact, that is just a small part of what we do. Consider the inclusive jet cross section: Verify accuracy of parton-level NLO calculations, which start to fail at low-Pt in our Run I experience. We now think hadronization is an important effect, and maybe we need NNLO if we go as low as 20 GeV. Search for compositeness, etc., which would result in an excess at high-Pt Our rapidity-dependent cross section drives the gluon pdf now at medium to high x. Before the PDF was very speculative because it was extrapolated from extremely low x. We make measurements in a regime that is qualitatively well-understood but quantitatively at the frontier. The dijet mass analysis is complementary to the inclusive, but has a slight reliance on Monte Carlo that we don't have with the inclusive. The dijet mass also has a greater sensitivity to new phenomena. We pride ourselves on nearly-complete freedom from MC in the inclusive (only the showering correction, ~1-2%, comes from MC). 6 mars 2003 Auguste BESSON

Exemple d’analyse: canal dilepton ppbarSUSYmEt + lljj coupures 2 leptons (e,), pT 2 jets, coupures pT mEt > 20 GeV Bruit de fond Z+X et ttbar BdF. instrumental Run I Aucun excès observé RUN I 6 mars 2003 Auguste BESSON

122’ : Désintégrations directes et indirectes Exemple: désintégration directe du Neutralino 2 en RPV Désintégrations RPV des sparticules autres que la LSP négligeables Limite de 122’ Limite de 122’ Rapport de branchement RPV Rapport de branchement RPV Br <3% >0 <0 couplage couplage 6 mars 2003 Auguste BESSON

pour une distance de vol de 1 cm 122’ : valeur minimale Couplage ’ faible  distance de vol de la LSP non négligeable Valeur minimale accessible du couplage 122’ pour une distance de vol de 1 cm Limite sur le couplage ’122 Jusqu’à m0 < 500 GeV : vol < 1 cm. Large région accessible jusqu’à Production simple: tan  = 5  < 0 A0 = 0 ’122 < 0.04 ’122 >~ 5.10-3 ’122 >~ 5.10-4 Lignes de niveau de 122’ pour une distance de vol de 1 cm ’122 >~ 10-2 6 mars 2003 Auguste BESSON

Rapport de branchement LSP→e±+2jets Désintégration LSP e± ou  + 2 jets >0 Rapport de branchement e± + 2 jets <0 0 “bino-like” pour  < 0 0 “wino-like” pour  > 0  < 0 → Br(ejj) ~ 50%  > 0 → Br(ejj) ~ 10% 6 mars 2003 Auguste BESSON

Constraintes expérimentales sur les couplages RPV Limites indirectes (processus à basse énergie) - Universalité e-- - Désintégration double-beta sans neutrinos - Désintégration top - Universalité des courants chargés - Violation de parité atomique - etc. Limites à 2 pour m = 100 GeV (limites dépendent des masses) Limites fortes sur les produits de couplages désintégration du proton: ’’11k . ’11k < 10-22 ~ Barger et al. Phys.Rev. D40 (89) Ledroit, Sajot GDR-S-008 (98) Allanach et al., PRD 60 (99) ~ dk _ e+ u p d d u u 6 mars 2003 Auguste BESSON

En résumé… Production de ±0 dominante m1/2 paramètre le plus significatif Production de squarks favorisée à petit m0 (< 100 GeV), petit tan  (<5) et  < 0 Production de sleptons négligeable Sauf à grand m1/2 et petit m0 Section efficace totale supérieure pour >0 par rapport à  <0 Cas >0 très défavorable: Br(LSPjj) dominant Désintégrations directes en RPV négligeables Couplage ’122 : sensibilité jusqu’à ~10-4 6 mars 2003 Auguste BESSON

candidat emm D Run 2 Preliminary MET Muon system Electron Muon Muon MET =31.8 GeV m = 41.5 GeV/c2 2 1 e pT = 9.82 GeV  = -1.48  = 2.88 Charge = 1 pT = 28.2 GeV  = -0.10  = 6.20 Charge = -1 ET = 19.2 GeV  = 0.40  = 0.63 No track match Electron Muon Muon 6 mars 2003 Auguste BESSON

GMSB SUSY Sensitivity is still too low to exclude SUSY points Phenomenology: Light Gravitino (<<eV) is LSP, NLSP can be neutralino or slepton If neutralino NLSP: inclusive search for ET + X Backgrounds: QCD: , +j (w/ jet misidentified ) W e (track is lost) WW, WZ, DY, Sensitivity is still too low to exclude SUSY points “Model Independent” Limit 6 mars 2003 Auguste BESSON

Erreur sur la détermination de la charge Sélection de 2 électrons dans le pic du Z pTe1 > 15 GeV pTe2 > 10 GeV 2 traces associées 86 < Mee < 98 L’erreur dépend du pT Taux d’erreur ~ 4 % Sert à évaluer le B.d.F. Masse invariante 6 mars 2003 Auguste BESSON

Resonant production : dimuons channel Dominant coupling ’211  resonant prod via RPV Decay of LSP via RPV Backgd : tt, Z+2jets, WW+jets Cuts : pT  20 GeV ; pTjets  20 GeV Scalar ET  50 GeV ; Rjets  0.5 _ ~ 1o u ~  u d L _ _ d  1o ~  u d 1- ~ l - d  ~ W - Final State :  2  + 2 jets d _ l + 6 mars 2003 Auguste BESSON

Resonant production : 3 leptons channel ~  u d Final State : 3  + 2 jets 1- ~ l - d  ~ W - d _ l + Mass reconstruction Fast simulation: M̃01=77.7 GeV (MC input) 2 jets and softer muon: M̃01=71 GeV (9) Lint = 10fb-1 ’211 = 0.09 A0 = 0 ;  < 0 ; tan  = 1.5 Déliot et al., EPJ C 19 (01) 155 6 mars 2003 Auguste BESSON

Resonant Squark Production 1+ ~ b t s l l W 1o Dominant coupling ’’3jk  Resonant stop production  Stop decays to b  to which decays outside the detector Backgd: W+b-fake,Wbb,Wcc, single top Cuts: pTb > 40 GeV ; pTlepton > 20 GeV;no other lepton or jet Run I: 110 pb-1 Final State : 1 charged lepton, 1 b-jet + missing ET Berger et al.,PRD 63, 115001 (01) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Resonant Squark Production Run II studies : ’’3jk , 2 fb-1 Perspectives with Fast simulation (SHW) Berger et al.,PRD 63, 115001 (01) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Top decay via RPV : Run II studies ’’331 dominant coupling tt production  t bd  t W-b lb decays outside the detector Backgd : tt, Wbbj Cuts : pT> 20 GeV, || < 2.5, Rjj > 0.5 Run II studies (fast simulation, 2fb-1) + ’’333 studies _ _ _ _ Final state: 1 lepton + 2 b-jets + 1 jet + ETmiss 150 160 170 180 190 Sbottom Mass (GeV) 5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.10 0.05 ’’331 _ Han et al. Phys. Lett.B 476 79 (2000) Abraham et al. Phys.Lett.B 514 72 (2001) Eilam et al. Phys.Lett.B 510 227 (2001) 6 mars 2003 Auguste BESSON

étiquetage du b à l’IRES Br(b) ~ 10% Sélection des b dans les données +jets 122 000 entrées Estimation du contenu en b données Monte-Carlo contribution des b 35 % de b pT du  relatif à l’axe jet 6 mars 2003 Auguste BESSON

Physique életrofaible

Physique W/Z Sections efficaces : Masse du W Largeur du W (pp→Z+X) et (pp→W+X) ~ 7nb Masse du W Largeur du W Asymétrie Av/Arr. du Z→l+l-  mesure de sin2W Couplages anomaux: WWZ,WW,ZZ,Z intérêts: tests Modèle Standard, contraintes PDFs des protons, contraintes Higgs, indispensable pour la physique du top et du Higgs Canal RunI (100 pb-1) RunII (2 fb-1) W→e 60 k 1.6 M Z→ee 6 k 160 k W 50 1 k Z 20 0.3 k WW,WZ,ZZ leptons quelques 150 validation des capacités du détecteur 6 mars 2003 Auguste BESSON

RunII: W→e et Z→ee MTW=√(2 PeTPT[1-cos]) Ze+e- D0 preliminary ET dots: Data histogram: MC D0 preliminary ET ETe Masse invariante : <Mee> = 90.8 GeV MT pTw Spectre de masse transverse Ze+e- MTW=√(2 PeTPT[1-cos]) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Mesure de la masse du W MW Masse transverse: Méthode: Facteurs limitants: Stat.; échelle d’énergie jets LEP2: mW = 80.450 ± 0.039 GeV Run I D0: mW = 80.483 ± 0.084 GeV Run I D0 + CDF: mW = 80.456 ± 0.059 GeV Run IIa : mW = ± 30 MeV (D0) ± 15 MeV (D0+CDF) - Monte-Carlo avec une paramétrisation de la réponse des électrons et des e (mET) pour reproduire les distributions mesurées PT(e), PT(n), MT en fonction de MW Paramétrisation déterminée à partir des données (Ze+e-) Masse déterminée à l’aide d’un ajustement par likelihood (vraisemblance) To determine the mass, we use a fast Monte Carlo with parameterizations of the electron, and neutrino response to produce distributions of the measured transverse momentum of the electron, neutrino, and the transverse mass. These smearing functions are mostly determined from data, and especially from the Z data. The mass is then determined using a binned maximum likelihood fit between the data and Monte Carlo. 6 mars 2003 Auguste BESSON

RunII: W/Z, Sections efficaces DØ D0 preliminary échantillon de données Luminosité ~ 7.5 pb-1 Premières mesures de sections efficaces à 1.96 TeV ! NNLO Van Neerven et al 6 mars 2003 Auguste BESSON

RunII: Largeur  du W Rapport des sections efficaces annulation d’une partie des systématiques : mesure de la largeur du boson W en utilisant (W)/(Z) théorique et BR(Zee) du LEP mesure “world average”: W = 2.135 ± 0.069 GeV 6 mars 2003 Auguste BESSON

W/Z + jets Multiplicité des jets Importance: Z+- We Physique du top: W+3jets, Z+2jets Physique du Higgs : W/Z + 2jets Bruit de fond pour de nombreuse analyses Nombre de jets 6 mars 2003 Auguste BESSON

Physique du top

Physique du top Section efficace de production Rapports de branchement, canaux rares de désintegrations vertex Wtb Masse du top Largeur du top Production simple Corrélation de spin Recherche de Higgs chargé Energie 1.8→2 TeV →  + 40% (pp→tt) ~ 8 pb 6 mars 2003 Auguste BESSON

top : rapport de branchements Etat initial qq = 85 % ; gg = 15 % Top →W b état final dépend du mode de désintegration du W Classification “di-leptons” “jets + lepton” “all jets” _ f W+ t b Canal RunII (2 fb-1) S:B dilepton 200 5:1 lepton + 4jets 1,800 lepton+  3jets/b-tag 1,400 3:1 lepton+  4jets/b-b tags 600 12:1 Single top 330 1:2 6 mars 2003 Auguste BESSON

RunI : Masse du top en “lepton + jets” Sélection : 1 lepton isolé + ≥ 4 jets étiquetage du b Ajustement cinématique - Ml=MW; Mqq’=MW; Mlb=Mqq’b’ - ajustement par 2 pour chaque événement Complications Combinatoire entre les jets Radiations de gluons mt = 173.3±5.6±5.5 GeV 6 mars 2003 Auguste BESSON

Tous les canaux combinés: mt ~ 2 GeV/c2 Masse du top : Run II mt = 174.3±5.1 GeV Run I : D0+CDF Améliorations Run II statistique Double b-tag Réduit combinatoire e/ ID Monte-Carlo. Radiations gluons calibration jets < Données Z→bb; W→jj Erreurs pour « leptons + jets » Incertitudes (GeV) Run I Run IIa Statistiques 5.6 1.3 Echelle d’E. 4.0 2.2 Générateur fond 2.5 0.7 Générateur signal 1.9 0.4 Fit likelihood 1.1 0.3 Total systématiques 5.5 2.3 TOTAL 7.8 2.7 Tous les canaux combinés: mt ~ 2 GeV/c2 (par expérience) 6 mars 2003 Auguste BESSON

Pourquoi mesurer la masse du top ? Run II Paramètre important du modèle standard - système BBbar Corrections radiatives Contraintes sur le Higgs mt  2-3 GeV (par exp.) mW  30 MeV Constraint la masse du Higgs 6 mars 2003 Auguste BESSON

top : Sections efficaces Run I : 5.9 ± 1.7 pb Intérêt: test QCD, nouvelle physique. Principales erreurs : Luminosité ± 5 % Monte-carlo ± 4 % Echelle d’energie ± 2 % ISR/FSR ± 2-3 % Points clés : Réseaux neurones Etiquetage des b Combinaisons des états finals Précision attendue : theory CDF dilepton DØ dilepton DØ topological CDF lepton-tag DØ lepton-tag CDF SVX-tag CDF hadronic DØ hadronic DØ combined CDF combined Berger et al. Bonciani et al. Laenen et al. Nason et al. 4.7 - 6.2pb RunIIa ~ 8% 6 mars 2003 Auguste BESSON

RunII: production simple du top Sections efficaces (théo.) - (ppWgt+X) = 1.70.2 pb (ppW*t+X) = 0.720.04 pb Intérêt accès au vertex W-tb Largeur du quark top (qq  tb)   (t  W+b)  |Vtb|2 Points clés - Efficacité b-tagging - Taux faux leptons et faux b-jets - Réseaux de neurones - Bruit de fond pour la recherche du Higgs Résultats attendus (qq  tb)  20%  (t  W+b)  25% Vtb 12% 6 mars 2003 Auguste BESSON

D0 IRES-GRPHE Membres Activités Étiquetage du b Identification du  Daniel Bloch (responsable) A.B. (ATER) François Charles Jean-Pierre Froberger (informatique) Walter Geist Activités Étiquetage du b Identification du  Physique du top: production simple Supersymétrie shifts Denis Gelé Sébastien Greder (doctorant) Anne-Catherine Le Bihan (doctorante) Abdenour Lounis Isabelle Ripp-Baudot 6 mars 2003 Auguste BESSON