SFP – 10 juillet 2003 1 La Physique au Tevatron Sophie Trincaz-Duvoid  Le Tevatron et les détecteurs D0 et CDF  Thèmes de recherche au Tevatron  Physique.

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1 SFP – 10 juillet 2003 1 La Physique au Tevatron Sophie Trincaz-Duvoid  Le Tevatron et les détecteurs D0 et CDF  Thèmes de recherche au Tevatron  Physique du quark Top  Mesures sur les bosons W et Z  Recherche du boson de Higgs  Perspectives

2 SFP – 10 juillet 2003 2 Le Tevatron au RUN II Chicago  Tevatron Main Injector & Recycler DØ CDF  p source Collisionneur proton-antiproton situé à Fermilab abrite 2 détecteurs : D0 et CDF Utilisé de 1992 à 1996 (Run I)  découverte du quark Top en 1995. Remis en service depuis mars 2001 avec des améliorations (Run II). Energie dans le centre de masse : 1.96 TeV (1.8 Run I) Nombre de paquets : 36  36 (6  6 Run I ) Luminosité intégrée/semaine : 9 pb -1 (3.2 pb -1 Run I)

3 SFP – 10 juillet 2003 3 Le détecteur D0 Calorimètre Argon-Uranium 3 parties : - Détecteur. de traces - Calorimètre - Détecteur à. muons Chambres à dérives centrales Aimants toroïdaux

4 SFP – 10 juillet 2003 4 Le détecteur CDF Détection de traces Même principe que D0 : - détection de traces - calorimètre - détection des muons

5 SFP – 10 juillet 2003 5 Physique au Tevatron Run II  Le quark Top Masse, section efficace de production tt, single top, désintégration rares, paramètre du modèle standard (  M higgs, brisure de symétrie électro- faible)…  La physique électro-faible Mesure précise de M W (  M higgs ), tests et contraintes du modèle standard…  La recherche directe du boson de Higgs  La QCD Tests de la théorie, jets à haute énergie transverse, diffraction…..  La physique du b Mélange des B s, violation de CP, spectroscopie et mesure de temps de vie des hadrons beaux…  Recherche de nouveaux phénomènes Supersymétrie, extra-dimensions, leptoquarks …

6 SFP – 10 juillet 2003 6 La physique du quark Top Mesures de M top et de  (tt) à  s =1.96 TeV. Au Run I : M top = 174.3  5.1 GeV (CDF+D0) Le quark top est encore mal connu  mesures de précision (M top paramètre du modèle standard), études de désintégrations rares…. Au Tevatron, essentiellement production par paires tt. Production du single top via un vertex électro-faible Wtb : pas encore observée  (tt) ~ 7 pb  ~ 30% plus élevée qu’au Run I (  s plus élevée) Production

7 SFP – 10 juillet 2003 7 Canaux de désintégration du top tt̅tt̅ W+bW+b W-b̅W-b̅ qq’ ℓ qq’ ℓ 3 cas de figures : dileptons (ee, e ,  + 2 jets) (5%) lepton + jets (e ou  + 4 jets) (30 %) 6 jets (44%) Br(t  Wb) = 100% Plusieurs combinaisons possibles selon le W RUN II : Mesure de  (tt) : CDF et D0 : canaux dilepton, lepton + jet Mesure de M top : CDF : canal lepton + jets Statistique Combinatoire Bruit Z, instrumental W+4jets QCD

8 SFP – 10 juillet 2003 8 Mesure de  (tt) dans le canal dilepton à D0 Run II ee ee # (pb -1 )483343 Bruit de fond total 1.00  0.490.07  0.01 0.60  0.30 Signal tt ̅ attendu 0.25  0.020.50  0.01 0.3  0.04 Evts observés412  (tt) = 29.9 +21.0 (stat) +14.1 (sys)  3.0(lumi) pb -15.7-6.1 CDF RUN II :  (tt) = 13.2  5.9(stat)  1.5(sys)  0.8(lumi) pb (avec 79 pb -1 )

9 SFP – 10 juillet 2003 9 Mesure de  (tt) dans le canal lepton + jets à CDF Run II  (tt) = 5.3  1.9(stat)  0.8(sys)  0.3(lumi) pb (avec 57.5 pb -1 ) D0 RUN II :  (tt) = 5.8 +4.3 (stat) +4.1 (sys)  0.6(lumi) pb ( avec 49.5 pb -1 (e+jets) et 40 pb -1 (  +jets) ) -3.4-2.6

10 SFP – 10 juillet 2003 10 Mesure de M top – CDF Run II Amélioration avec la compréhension du détecteur m fit (GeV) Systématiques RUN I : 176.1  6.6 GeV (CDF). 172.1  7.1 GeV (D0)

11 SFP – 10 juillet 2003 11 Mesure de  (W)  B ( W  e ) CDF :  W  B = 2.64  0.01(stat)  0.09 (sys )  0.16(lumi) nb avec 72 pb -1 D0 avec 42 pb -1 :  (W) Br(W  e ) = 3.054  0.100 (N W )  0.086 (sys)  0.305 (lumi) nb Production WZ : Tests du modèle standard, tests de QCD aux ordres supérieurs, mesure électrofaibles de précision (masse et largeur du W), vérification des algorithmes, bruits de fond pour le top et le Higgs…

12 SFP – 10 juillet 2003 12 Sections efficaces W/Z au Tevatron Prédiction théorique: C. R. Hamberg, W.L. van Neerven and T. Matsuura, Nucl. Phys. B359 (1991) 343, CTEQ4M PDF

13 SFP – 10 juillet 2003 13 La recherche du Higgs au Tevatron Production Désintégration M H (GeV) H W W* q q̅q̅ W/Z H H b b̅b̅ g g H t M H <140GeV M H >140GeV

14 SFP – 10 juillet 2003 14 Démarrage de la recherche du Higgs dijet invariant mass in W+jets events Pour M H < 140 GeV : Etude de la production W/Z(  l )+jets  source de bruit de fond de W/Z +di-jets Pour M H > 140 GeV H  WW *  l + l - Signature : ee, e ,  + E T Bruit : Z/  *, WW, tt ̅, W/Z+jets, et QCD Masse invariante de deux jets dans un evt (W+jets) e e ETET Candidat H  WW *  l + l - p T = 31.1 GeV p T = 27.3 GeV E T = 31.2 GeV m T = 106.8 GeV M ee = 36.1 GeV  ee =1.43 D0

15 SFP – 10 juillet 2003 15 Perspectives de physique au Tevatron

16 SFP – 10 juillet 2003 16 Conclusions  Le Run II a maintenant démarré et les analyses de physique sont engagées.  La statistique accumulée dépasse celle du Run I  Des mesures plus précises sont sur le point d’être refaites  Des mesures ont été réalisées et montrées aux conférences d’hivers dans d’autres domaines que ceux abordés dans cette présentation  Nombreux résultats attendus pour les conférences d’été  Le Tevatron va pouvoir explorer beaucoup de domaines de physique avant de passer le relais aux expériences du LHC.

17 SFP – 10 juillet 2003 17 Backups

18 SFP – 10 juillet 2003 18 Luminosité intégrée par D0 et CDF

19 SFP – 10 juillet 2003 19 Luminosité instantanée Pic de luminosité instantanée : 4.4  10 31 cm -2 s -1 (objectif en 2001-2003 : 8.6  10 31 cm -2 s -1 ) Pic de luminosité intégrée : ~ 9 pb -1 /semaine (objectif : 17.3)

20 SFP – 10 juillet 2003 20 Scénarii pour le futur Stretch Base hypothèse ~ moyenne du “stretch” 5fb-1 en 2008 contient le shutdown (machine et installation du nouveau  vertex) Management de Fermilab + DOE: “priorité au Tevatron” Version préliminaire basée sur le fonctionnement de la machine

21 SFP – 10 juillet 2003 21 Sections efficaces au RUN I CDF dilepton DØ dilepton DØ topological CDF lepton-tag DØ lepton-tag CDF SVX-tag CDF hadronic DØ hadronic DØ combined CDF combined -15.7-6.1 13.2  5.9(stat)  1.5(sys)  0.8(lumi) pb 29.9 +21.0 (stat) +14.1 (sys)  3.0(lumi) pb RUN II (  s=1.96 TeV) 5.3  1.9(stat)  0.8(sys)  0.3(lumi) pb 5.8 +4.3 (stat) +4.1 (sys)  0.6(lumi) pb -3.4-2.6 RUN II (  s=1.8 TeV)

22 SFP – 10 juillet 2003 22 Masse du top au RUN I DØ dilepton lepton + jets combined dilepton lepton + jets all hadronic combined CDF 168.4 ± 12.3 ± 3.6 GeV 172.1 ± 5.2 ± 4.9 GeV 172.1 ± 7.1 GeV 167.4 ± 10.3 ± 4.8 GeV 176.1 ± 5.1 ± 5.3 GeV 186.0 ± 10.0 ± 5.7 GeV 176.1 ± 6.6 GeV 174.3 ± 5.1 GeV Tevatron Avec 125 pb -1

23 SFP – 10 juillet 2003 23 Mesure de  (tt) dans le canal dilepton à D0 Run II Sélection des événements : -2  ou e isolés de grand p T - coupure sur E T (rejette aussi Z  ll) -  2 jets, p T >20 GeV & |  |< 2.5 - grand H T =  (P Tjet + E T l ) Bruit de fond : - WW, Z   MonteCarlo -Z/  *, W+jets et QCD  Données ee ee # (pb -1 )483343 Bruit de fond total 1.00  0.490.07  0.010.60  0.30 Signal tt ̅ attendu 0.25  0.020.50  0.010.3  0.04 Evts observés412  (tt) = 29.9 +21.0 (stat) +14.1 (sys)  3.0(lumi) pb -15.7-6.1 CDF RUN II :  (tt) = 13.2  5.9(stat)  1.5(sys)  0.8(lumi) pb (avec 79 pb -1 )

24 SFP – 10 juillet 2003 24 Mesure de  (tt) dans le canal lepton + jets à CDF Run II Sélection : - un  ou e avec P T >20 GeV - E T > 20 GeV -  3 jets avec E T >15 GeV -  1 jet avec un vertex secondaire de b (détecteur de vertex au silicium) - Veto sur Z, cosmiques, conversions Bruit de fond : W+jets (données), erreur sur l’étiquetage du b (données) QCD (données)  (tt) = 5.3  1.9(stat)  0.8(sys)  0.3(lumi) pb (avec 57.5 pb -1 ) D0 RUN II :  (tt) = 5.8 +4.3 (stat) +4.1 (sys)  0.6(lumi) pb ( avec 49.5 pb -1 (e+jets) et 40 pb -1 (  +jets) ) -3.4-2.6

25 SFP – 10 juillet 2003 25 Mesure de M top – CDF Run II Sélection : - Un lepton de haut P T - 4 jets E T > 15 GeV et |  |<2.0 - E T > 20 GeV - Z veto  33 candidats Bruit de fond : - W + 4 jets - faux leptons, Drell-Yan … Amélioration avec la compréhension du détecteur m fit (GeV) Systématiques RUN I : 176.1  6.6 GeV (CDF). 172.1  7.1 GeV (D0)

26 SFP – 10 juillet 2003 26 Nouvelle mesure de M top avec D0 Run I Jet Energy Scale5.6 GeV Signal model1.5 GeV Background model1.0 GeV Multiple interactions 1.3 GeV Application de la technique à d’autres mesures  Amélioration de l’erreur statistique (~2.4  stats) (c’était 173.3  5.6  5.5 GeV dans PRD 58 052001,1998) m top Résultat préliminaire M t = 179.9  3.6  6.0 GeV Méthode de Kondo (utilisant le maximum d’information disponible) - Définit une probabilité que l’événement soit du signal -Définit une probabilité que l’événement soit du bruit -Construit une probabilité de l’événement - Construit un Likelihood pour avoir Mt et les fractions de signal et de bruit

27 SFP – 10 juillet 2003 27 Mesure de  (W)  B ( W  e ) à CDF  W  B = 2.64  0.01(stat)  0.09 (sys )  0.16(lumi) nb avec 72 pb -1 A D0 avec 42 pb -1 :  (W) Br(W  e ) = 3.054  0.100 (N W )  0.086 (sys)  0.305 (lumi) nb Production WZ : Tests du modèle standard, tests de QCD aux ordres supérieurs, mesure électrofaibles de précision (masse et largeur du W), vérification des algorithmes, bruits de fond pour le Top et le Higgs… Signal : e - : E T > 25 GeV. Correspondant à une trace de. P T > 10 GeV E T > 25 GeV Bruits : QCD: 3.5%; W   : 2.0%; Z  ee : 0.9%

28 SFP – 10 juillet 2003 28 Mesure de  (W)  B ( W   ) à CDF  W  B = 2.64  0.02(stat)  0.12(sys)  0.16(lumi) nb avec 72 pb-1 D0 avec 17 pb -1 :  (W) Br(W  ) = 3.226  0.128 (stat)  0.100 (sys)  0.323 (lumi) nb Sélection. Muon (central). Coups dans les chambres. Correspondance avec une trace. de P T > 20 GeV. Ionisation minimum dans le calorimètre. E T > 20 GeV. Vetos sur les cosmiques & Z   Bruit Z   : 5.3% W   : 3.2% Cosmiques: 1.3% QCD: 1.0%

29 SFP – 10 juillet 2003 29 Etiquetage des b dans D0 avec un lepton  + jet sample Positive IP Negative IP Impact Parameter > 0  track crosses jet axis after primary vertex Jet track Resolution b enhanced Interaction point Impact Parameter < 0  track crosses jet axis before primary vertex DØ Run II Preliminary Significance = IP/  IP Utilisation des leptons Autre possibilité : vertex secondaire en recherchant un vertex a partir des traces contenues dans un jet