1 Little Higgs - JJC 2003 Test du Modèle du Little Higgs dans ATLAS Matthieu LECHOWSKI Journées Jeunes Chercheurs 2003 Journées Jeunes Chercheurs 2003.

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1 1 Little Higgs - JJC 2003 Test du Modèle du Little Higgs dans ATLAS Matthieu LECHOWSKI Journées Jeunes Chercheurs 2003 Journées Jeunes Chercheurs 2003 - LA ROCHE-EN-ARDENNES (Be)

2 2 Little Higgs - JJC 2003Plan   Intoduction   Modèle du Little Higgs Z H /W H  Z/W H (120)  qq  Z H /W H  Z/W H (120)  qq   Z H  Z H (200)  ll qqll Conclusion Conclusion

3 3 Little Higgs - JJC 2003  Introduction Little Higgs - JJC 2003 3

4 4 LHC  Introduction Large Hadron Collider : au CERN en 2007 collisionneur p-p,  s=14 TeV 4 expériences: ATLAS, CMS, LHCb, ALICE

5 5 Little Higgs - JJC 2003ATLAS  Introduction Higgs SUperSYmétrie nouvelle physique... Y X Z   =-ln tg(  /2) PTPT P collision p-p

6 6 Little Higgs - JJC 2003 Nombre d'événements N=  Ldt   L = Luminosité (cm -2 s -1 ) tient compte de la fréquence de collisions, la densité et la forme du faisceau,... par unité de temps LHC: 100 fb -1 /an (haute-luminosit é )  Ldt =Luminosité integrée (cm -2 ) luminosité sur une période donnée ici:  Ldt  300 fb -1 (3ans) 1barn(b)= 10 -24 cm 2 Collisionneur  = section efficace (cm 2 ) proportionnelle à la probabilité que l'interaction ait lieu Physique / Collisionneur SB   = efficacité des coupures (%) coupures sur p T, position, masse invariante,... des particules de l'état final  augmenter le rapport Signal (S) sur Bruit (B) SB  Expérimentateur N S =S=  Ldt.  S  S N B =B=  Ldt.(  B1  B1 +  B2  B2 +...)  Introduction

7 7 Little Higgs - JJC 2003Simulation  Introduction Génération : processus de production + désintégrations successives Pythia 6.203 : Monte-Carlo Simulation du détecteur : reconstruction des particules de l'état final ATHENA : - simulation détaillée - simulation rapide (ATLFAST) Etat final reconstruit : - leptons - photons - jets Erreurs : - identification - energie - position Etat final généré : - leptons - photons - jets rappel: jet = hadronisation des quarks = gerbe de particules

8 8 Little Higgs - JJC 2003  Little Higgs Little Higgs - JJC 2003 8

9 9 Modèle (1) Champs de Higgs : électrofaible Planck problèmes de hiérarchie et fine-tuning bosonsfermions bosons de jauge nouveaux quarks nouveaux bosons de jauge quarks annulations SUSY : Little Higgs : électrofaiblePlanck bosons de Goldstone pseudo- bosons de Goldstone brisure de sym é trie masse "légère" sans masse Divergences quadratiques : Motivation :  Little Higgs MS :

10 10 Little Higgs - JJC 2003 , ,  : triplet de Higgs lourds M<10TeV Modèle (2)  Little Higgs T : top lourd M<2TeV. +++o Z H, W H, A H : Z, W ±,  lourds ± M<6TeV. remarque: le H du Modèle Standard reste ! M(Z H )  M(W H ) > M(A H ) M H = 120 GeV M<2.2TeV M H = 200 GeV M< 6 TeV ±

11 11 Little Higgs - JJC 2003 Z H et W H (et H) BR(Z H ) cotg  = paramètre du modèle  choisi à 0.5  Little Higgs test du modèle : Z H  Z H W H  W H canal de découverte : Z H  l + l - W H  l  prod. (Z H ) / cotg  2  prod (W H )  2  prod (Z H ) BR(W H  WH)=BR(Z H  ZH) RAPPEL BR(H) BR MHMH 11

12 12 Little Higgs - JJC 2003 .BR ( Z H  Z H ) 1 TeV cotg  =0.5  Little Higgs qq  ll qqll 12 M H (GeV Little Higgs - JJC 2003

13 13 Little Higgs - JJC 2003 Z H /W H  Z/W H (120)  qq  Z H /W H  Z/W H (120)  qq  Little Higgs - JJC 2003 13

14 14 Little Higgs - JJC 2003 Signal et Bruit de fond H 120 GeV Z H ou W H Z ou W   j j gros jet ou qq  Signal : Bruit de fond : H inclusif : tous les canaux de production au LHC avec un H   p T H >200 GeV:  =1.922 fb  inclusif : tous les canaux de production au LHC avec  (sans H   ) Problème: - grand p T - simulation rapide mal adaptée à grand p T

15 15 Little Higgs - JJC 2003 Bruit de fond  inclusif diphox 1.2... pour avoir une meilleure estimation à haut p T qq  grande statistique... Little Higgs - JJC 2003 15

16 16 Little Higgs - JJC 2003 Reconstruction de Z H / W H qq  Jets j j j j j Paire de Photons  M   M H Paires de Jets jj M jj  M Z pTpT Z H /W H jj p T max p T (jj)>200 j p T max sinon SWITCH

17 17 Little Higgs - JJC 2003Coupures |   |<2.5 (acceptance du Calorimètre) p T  > 25 GeV et p T  1 ou  2 > 40 GeV identification des 2  (80%×80%) qq   max max/e | M  - fit gaussien | < 2  fit gaussien | M V H - fit gaussien | < 2  fit gaussien p T   > p T  min (M V H )  S =50-55%  B =1-5%

18 18 Little Higgs - JJC 2003 Masse invariante de Z H / W H 850 GeV1 TeV 1.5 TeV2 TeV qq  S/  B = 36 S/  B = 6 S/  B = 27 S/  B = 11

19 19 Little Higgs - JJC 2003 S/  B M V H (GeV) cotg  0.5 55 55 1.8  10  15  20  1.8 ... ( lignes tous les 5 , sauf la première ) qq  Little Higgs - JJC 2003 19

20 20 Little Higgs - JJC 2003 Sans reconstruire Z/W on ne considère plus que W/Z  qq  section efficace plus grande ( BR W/Z : 70%  100% ) H Z H ou W H Z ou W   X qq  pas de coupure | M V H - fit gaussien | < 2  fit gaussien  moins de Bruit de Fond exclu  plus de Bruit de Fond

21 21 Little Higgs - JJC 2003 p T du Higgs 850 GeV 1.5 TeV2 TeV 1 TeV qq  S/  B = 30 S/  B = 5S/  B = 9 S/  B = 23

22 22 Little Higgs - JJC 2003 le modèle prédit un autre boson de jauge lourd: A H (  lourd) A H très modèle-dépendant (  ',...), difficile d'avoir une idée de .BR Etude préliminaire de A H limite sur .BR( A H  ZH ) (fb) : qq  A H a les mêmes canaux de désintégration que Z H  on peut utiliser les résultats sur Z H (en prenant .BR comme variable) cas favorables : A H et Z H /W H éloignés pour toute masse de A H  Z H /W H ne sont pas du bruit de fond pour A H région où la découverte est possible (S/  B>5) Little Higgs - JJC 2003 22

23 23 Little Higgs - JJC 2003  Z H  Z H (200)  ll qqll Little Higgs - JJC 2003 23

24 24 Little Higgs - JJC 2003 Signal et Bruit de fond  ll qqll Signal : Bruit de fond : tt  WbWb  l bl b avec b  B  l X  section efficace tt énorme ZH  llZZ  llqqll  même état final H ZHZH Z 1 TeV 200 GeV j j gros jet ou l + l - Z Z l + l - .BR=1.412 fb H à grande impulsion  jets et leptons proches  isolation difficile

25 25 Little Higgs - JJC 2003 Reconstruction du Z H  ll qqll condition de reconstruction du Z H : avoir 4 leptons Jets j j j j j Paires de Leptons ll M ll  M Z Paires de Jets jj M jj  M Z pTpT ZHZH H H Higgs H H M H  200 p T max optimisation des paramètres d'isolation p T min (car désintégration secondaire) p T max

26 26 Little Higgs - JJC 2003 Résultats (1)  ll qqll canaux .BR(fb) N événements Z H  Z H  Z ZZ  ll qqll 1.4141.39 tt  Wb Wb  l b l b 33762.03 ttH  Wb Wb ZZ  l b l b llqq 0.190.06 qqH  qq ZZ  qq llll 2.81< 0.21 H  ZZ  llll 46.79< 0.34 fH  f ZZ  f llll 5.72< 0.42 ZZ  llll 70.530.42 ZH  ll ZZ  ll qqll 0.230.17 WH  qq ZZ  qq llll 0.26<0.03 41.39 3.68 S/  B = 22 remarque: mêmes types de coupures qu'avant  S =20%  B ~0%

27 27 Little Higgs - JJC 2003 M Z' MHMH  ll qqll Résultats (2) S/  B = 22

28 28 Little Higgs - JJC 2003 Conclusion Conclusion Little Higgs - JJC 2003 28

29 29 Little Higgs - JJC 2003 Conclusion si M H = 120 GeV : le modèle du Little Higgs peut être mis en évidence - pour tout M(Z H /W H ) - pour tout cotg  (presque) En bref... si M H = 200 GeV : plus dur si M(Z H /W H ) >2 TeV

30 30 Little Higgs - JJC 2003 Conclusion autres canaux : H WHWH W 200 GeV j j gros jet ou l Z Z l + l - H ZHZH Z 200 GeV j j gros jet ou l + W W l l - premiers essais : 1 TeV: N=189 ( .BR  =8.6 fb,  S =7% ) étude qq  : incluse dans la publication à venir du groupe "Little Higgs" d'ATLAS étude llqqll : en cours, à optimiser notamment avec une simulation détailléePerspectives