Etat des lieux en 2010 Cadre de travail Au démarrage du LHC (2007)

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1 Etat des lieux en 2010 Cadre de travail Au démarrage du LHC (2007)
L. Poggioli Cadre de travail Au démarrage du LHC (2007) Tevatron Après 3 ans de LHC Modèle Standard Higgs Supersymétrie Alternatives Ensuite

2 L’environnement (1) Modèle Standard Existence du boson de Higgs
Responsable de la brisure de symétrie Electrofaible (EW) Régularise l’amplitude WLWL->WLWL O(TeV) Sa masse : plutot léger mH>114.4 GeV (LEP) mH <186 95%CL (EW fit Moriond06) Problème (Hiérarchie) Stabilité de sa masse -> Echelle de la Gravitation, i.e. Masse de Planck (1019GeV) Branville-22/05/06 L.Poggioli

3 L’environnement (2) Alt 1: SUSY Alt 2: Dimensions supplémentaires
Résout le problème de hiérarchie si O(TeV) -> Large spectre de nouvelles particules O(TeV) Intègre Gravitation & Grande Unification Fournit un candidat pour la Matière Noire (LSP) Alt 2: Dimensions supplémentaires Gravité « forte » mais diluée dans des extra dimensions -> MPlanck effective O(TeV) Résout la hiérarchie et intègre la Gravitation Phénoménologie riche Alt 3 Petit Higgs (Ad-hoc) Extra symétrie stabilise le SM -> O(10 TeV) Branville-22/05/06 L.Poggioli

4 L’environnement (3) Pas de Higgs
Nouvelle interaction forte O(TeV) Technicouleur Plus de scalaire -> plus de problème de hiérarchie Brisure de symétrie dynamique Peu favorisée par mesures à LEP Régularisation de la diffusion WW Résonante ou pas En résumé : Il doit se passer quelque chose O(TeV) Plusieurs scénarios possibles SUSY est le plus attirant / prédictif Le LHC peut y accéder et étudier ces scénarii Comprendre la brisure de symétrie EW Origine de la masse Branville-22/05/06 L.Poggioli

5 Au démarrage : Tevatron (1)
Machine : OK 2007: ∫Ldt~ 3-8 fb-1 Higgs Progrès NN b-jets Jet resolution Acceptance Nouveaux canaux Systématiques ? Exclusion -> 135 GeV Découverte : difficile Branville-22/05/06 L.Poggioli

6 Au démarrage : Tevatron (2)
SUSY Gauginos Découverte -> [ ] GeV Squarks & gluinos Découverte -> [ ] GeV Limitée par l’énergie disponible Branville-22/05/06 L.Poggioli

7 Le LHC (L. Evans mars 07) Phases Hypothèse de travail
Pilote : 1ères collisions Faible intensité, peu de bunches L=1032 cm-2s-1 Opération 75ns Optimisation L=1033 cm-2s-1 Opération 25ns I Intensité, angle de croisement, squeeze L= cm-2s-1 Opération 25ns II Phase nominale L=1034 cm-2s-1 25 dipôles installés/semaine Démarrage pour juillet 2007 Update : CERN Council en juin 2007 > 2010 Hypothèse de travail ∫Ldt=30 fb-1/exp en 2010 (1 année x Eff. ~ 5 106s) Branville-22/05/06 L.Poggioli

8 ATLAS & CMS ATLAS CMS Commissioning en cours Complet au démarrage
Trigger limité (50 kHz versus ) 90% chambres à muons CMS Commissioning en cours Démarrage Sans Em CALO Bouchon Sans Pixel Finalisé au 1er shutdown Branville-22/05/06 L.Poggioli

9 Modèle Standard : Mesures
Top (107 tt/an !) Masse 1 GeV ultime Couplages, top unique Masse W (6107/an/l) 15 MeV ultime Couplage Tri-Boson Vertex WWZ, WWγ Permet de tester le SM Lumi en 2010 OK, peu de pile-up Compréhension du détecteur plus longue LEP2 & Tevatron (Prel.) Branville-22/05/06 L.Poggioli

10 Higgs SM : Découverte Etude extensive Découverte assurée
Modes de production gg->H, qqH (VBF),ttH Modes de désintégration bb, WW, γγ, ττ Bruits de fond Physiques et expérimentaux Systématique Découverte assurée Analyses simples Conservatives VBF H-> ττ ll mode 30fb-1 30fb-1 No K-factor Branville-22/05/06 L.Poggioli

11 Higgs SM : Mesures Rapport de branchements (relatifs)
Couplages (relatifs) Grande systématique (exp+théo.) Possible en absolu Spin Difficile seulement > 200 GeV Self-Coupling Très difficile, nécessite très haute lumi Précision moyenne avec 30fb-1 Branville-22/05/06 L.Poggioli

12 SUSY : Secteur de Higgs (1)
Cadre (MSSM) 5 Higgs h, H, H+, H-, A Nouveaux modes H/A -> μμ, H+- -> τν Résultats Plan (mA, tan β) Plan couvert Problème Région où seulement 1 Higgs (h ≈ SM) Alors SM ou SUSY ? Branville-22/05/06 L.Poggioli

13 SUSY : Secteur de Higgs (2)
Différence / Couplages SM -> mA ~ 400 Désintégration en particules SUSY e.g. Région mA ~ , tan β ~2-20 couverte Higgs dans cascades SUSY E.g h -> bb 0 leptons -> non SM Région mA > 500, tan β > 5 couverte Model-dépendant mais discrimination SM/MSSM possible Branville-22/05/06 L.Poggioli

14 SUSY : Recherche inclusive
Découverte Topologie claire Modèle-indépendant Jets, ETmiss, leptons Evaluation précise Fonds (QCD, EW) Instrumentaux (ETmiss) Sensibilité Model-dependant Ici mSUGRA Squark, gluino Mreach ~2.3 TeV 0 Lepton 1 Lepton Branville-22/05/06 L.Poggioli

15 SUSY : Mesures Chaîne typique SUSY Mesure des end-points
Déduction des masses χ20, qL,lR,χ10 ~10-15% après fit Quasiment Modèle-indépendant Répété pour d’autres cascades Contrainte du modèle & ses paramètres Analyse conservative (Seulement end-point utilisés, cascades plus longues en GMSB) mSUGRA SPS1a Branville-22/05/06 L.Poggioli

16 Dimensions supplémentaires (1)
ADD (R>>TeV-1) Echelle effective MPL2 ~ MD2+ R MD ~ TeV pour R < mm Production de Graviton Jets (γ) + ETmiss KK excitation = continuum Découverte MD ~ 5-6 TeV pour δ=4-3 O(TeV-1) En plus KK excitation des W/Z Découverte O(4-5TeV) 100 fb-1 G(k) Fond calibré par Z j -> ll j W(1) Branville-22/05/06 L.Poggioli

17 Dimensions supplémentaires (2)
Randall-Sundrum (R~MPlanck-1) Phénoménologie O(TeV) Graviton & Radion étroits Universelles (UED) Toutes particules -> Bulk Spectre KK peut simuler SUSY Séparation difficile Etude de (LKP instable) Section efficaces ~ 8xSUSY Distributions angulaires Demande de la lumi RS Radion Branville-22/05/06 L.Poggioli

18 Ex: Résonance di-leptonique
Observation « inratable » Peu de fonds (DY) Peu de lumi nécessaire Interprétation ardue Plusieurs possibilités AH,ZH (petit Higgs) Extra boson de jauge G(KK) (ADD) G(1)/Z (1) (TeV-1 Extra Dim) Graviton (Randall-Sundrum) Options Forme du pic, distrib. Angulaires Demande de la luminosité Z’ (extra boson de jauge) Branville-22/05/06 L.Poggioli

19 En résumé, avec 30 fb-1 Observation : Higgs seulement
Higgs SM H=h (MSSM) & SUSY > TeV Alternatives ? (Xtra dim > TeV) Observation : Higgs & Autres particules Higgs, SUSY UED ? Autres scénarios ? Observation: 0 Higgs -> Regarder au TeV WLWL requiert haute lumi, difficile H léger existe mais pas vu (ex NMSSM) Déviation Sensibilité via mesures de précision ? Branville-22/05/06 L.Poggioli

20 Ensuite, avec 300 fb-1 (2015) Observation : Higgs seulement
Mesures de précision sur H Séparation SM/MSSM Exploration à haute masse (SUSY, Xtra dim) Observation : Higgs & Autres particules Mesure de précision Contrainte des modèles SUSY, Xtra dimensions,… Observation: 0 Higgs WLWL en accord avec SM Observation du H eg NMSSM (qqh->aa->bbττ) Régularisation / SM -> SSB, Technicouleur,… Branville-22/05/06 L.Poggioli