Martina Schäfer 1 Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration Z e + e - Martina Schäfer Journées Physique ATLAS.

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1 Martina Schäfer 1 Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration Z e + e - Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 travail préparé au LPSC sous la direction de: F.Ledroit (UJF-CNRS) pour lobtention du DEIR et Th.Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit F.Ledroit (UJF-CNRS) pour lobtention du DEIR et Th.Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit IEKP

2 Martina Schäfer 2 ûModèles pour le Z ûLimites de découverte ûDonnées utilisées ûAnalyse ûRésumé et perspectives Génération ûCinématiques ûDY et linterférence ûBruit de fond physique ûLargeur totale ûSection efficace leptonique ûAvant/Arrière ûAsymétries A_FB Simulation complète ûLidentification des électrons ûCalibration ûMasse reconstruite (largeur) Variables discriminantes

3 3 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Modèles pour le Z (1) ûSSM «Z avec les mêmes constantes de couplages que le boson Z « habituel » ûModèles E6 «Modèles effectifs de rang 5 «basés sur GUTS, extensions populaires: SO(10) et E6 «E6 SO(10) x U(1) SU(5)xU(1) x U(1) MSxU(1) ß «Z=sinß Z + cosß Z «étudié: Z, Z et Z La recherche Z est motivée par le grand nombre de modèles au-delà du modèle standard qui possèdent un Z. Comme il sagit dun canal qui sera facilement mis en évidence, cest un moyen excellent pour distinguer ces modèles.

4 4 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Modèles pour le Z ûModèles symétriques LR «SU(2) L xU(1) Y du MS étendu à SU(2) L xSU(2) R xU(1) « =g L /g R : rapport des couplages du boson gauche et droit «étudié: =1 objectif: étude des variables discriminantes ûZ(KK): dimensions supplémentaires, Kaluza-Klein «fermions confinés sur un 3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes «ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S 1 /Z², tous les fermions sur le même « orbifold point » «tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M² n =(nM c )²+M 0 ², M c échelle de compactification, M 0 masse du boson de jauge habituel

5 5 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Limites de découverte Limites de découverte – directe et indirecte ûSSM «>1.5TeV indirect, >690GeV direct ûModèles E6 «>350..680GeV indirect, >590..620GeV direct ûModèles symétriques LR «>860GeV indirect, >630GeV direct ûZ(KK) « 4TeV Mélange entre le Z et le Z négligeable

6 6 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Données utilisées ûcanal Z e + e - ûbasse luminosité, sans pile-up,… ûgénération avec Pythia (dans le cadre dAthena) «Z à 1.5TeV et 4TeV avec la structure dinterférence complète (DY) «DY pur «sans ISR/FSR «coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV ûsimulation complète (DC1) «Z à 1.5TeV (4TeV à faire) avec DY «DY pur «avec ISR/FSR «coupure CKIN(1) = 500GeV

7 7 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Analyse Analyse au niveau de la génération

8 8 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Cinématiques pour le SSM à 1.5TeV p T du e - e + | | des e - et e + = (e -,e + ) au labo p z du Z

9 9 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer DY et lintérference (1) M ll (GeV) avec int. linterférence (SSM) M ll (GeV) avec int. M ll (GeV) DY+Z Zoom au pic destructif plus mince plus large leffet augmente avec la largeur moins important pour les autres modèles (sauf KK) /GeV

10 10 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer DY et lintérference (3) linterférence pour le Z(KK) M ll (GeV) avec int. M ll (GeV) DY destructif ! /GeV

11 11 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Bruit de fond physique (1) bb 6X p T ( ) << 50GeV bb ûrejet des photons et jets (E T >50GeV): «cf. simulation complète «efficacité: © 90% pour les électrons © 0.1% pour les jets ©4% pour les photons à 1.5 TeV Mll/GeV

12 12 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Bruit de fond physique (2) à 4 TeV Mll/GeV signal très propre

13 13 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Variables discriminantes Largeur totale Largeur totale Section efficace Section efficace Asymétries Asymétries

14 14 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Largeur totale (1) fit pour la largeur totale exp (DY) BW BW*exp+exp ±4 pic DY luminosité des partons + interférence DY pur: approximé par exp /GeV exemple: modèle Z(eta) à 1.5 TeV

15 15 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Largeur totale (2) Fit (GeV) Theo. (GeV) SSM45.9 0.3 44.7 7.9 0.09 8.0 10.0 0.09 9.5 18.5 0.12 17.6 LR32.0 0.21 30.6 Z2.63 0.01 2.5 résultats à 1.5TeV /GeV

16 16 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Largeur totale (3) Fit (GeV) Theo. (GeV) SSM121.5 0.78 119.2 24.5 0.28 21.2 29.5 0.28 25.2 52.0 0.18 46.8 LR87.6 0.63 81.6 KK180.9 1.16 ??? résultats à 4TeV /GeV préliminaire

17 17 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Section efficace ûcalculée à partir de «la luminosité (section efficace de Pythia) «le nombre dévénements dans le pic sans le DY «dans 4 «acceptance 1 (génération) «prédictions théoriques? « * ( décroissances exotiques du Z) (fb) * (GeV fb) SSM76.9 0.3 3531.4 27.0 22.8 0.1 180.9 2.2 25.9 0.1 260.5 2.7 46.7 0.2 865.0 7.0 LR50.2 0.2 1603.2 12.6 n (n )/ (15 ) LR résultats à 1.5TeV

18 18 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Avant/Arrière (1) ûdans collisions pp il ny a pas de direction avant/arrière naturelle direction du q avant «direction du q approximée par la direction du Z (le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que lantiquark de la mer) «dans 25% des cas faux «lapproximation est mieux à haute rapidité Y du Z % des evts avec la fausse direction du q |Y| > 0.8: 10% faux

19 19 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Avant/Arrière (2) * = (e -,q) * = (e -,Z) * = (e -,z-axis) distribution cos * exemple: modèle Z(chi) à 1.5 TeV dans le repère du Z ûcos * est symétrique ûcos * est asymétrique ûcos * : perte de lasymétrie

20 20 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer A_FB (1) en fonction de M fit à la distribution cos dans chaque bin de M 3/8(1+ cos 2 ) + A_FB cos vraie direction du q fit (|Y|>0.8) comptage (|Y|>0.8)  comptage (tous Y) direction du Z fit (|Y|>0.8) comptage (|Y|>0.8) comptage (tous Y) A_FB(M)=(N + -N -) /N N + : cos >0, dans chaque bin de M ou exemple: modèle Z(chi) à 1.5TeV

21 21 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer A_FB (2) en fonction de M résultats pour A_FB au pic fit, avec coupure en y, M=1.5TeV * = (e -,q) SSM 0.078 0.010 0.006 0.010 -0.318 0.010 -0.049 0.010 LR 0.018 0.010 conclusions: ûaccord entre le fit et le comptage ûprendre la direction du Z fait perdre de lasymétrie ûeffet plus grand sans coupure en Y àcomparer ou bien MC avec Z direction avec les résultats expérimentaux ou bien introduire facteur de dilution A_FB(obs)= D A_FB(true)

22 22 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer A_FB (3) en fonction dY A_FB(Y)=(N + -N -) /N N + : cos >0, dans chaque bin dY A_FB(-Y)= - A_FB(Y) exemple: modèle Z(chi) à 1.5TeV Y Y Y exemple: modèle Z(eta) à 4TeV exemple: modèle Z(LR) à 4TeV

23 23 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Analyse Analyse au niveau de la simulation complète

24 24 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Lidentification des électrons Lidentification des électrons ûuniquement clusters avec E T >50GeV ûcritères appliqués «variable ISEM (identification des électrons standard) «nombre de traces (1 ou 2) «nombre de hits dans le détecteur de traces ûrésultats (efficacité) «électrons (single electrons, DC1, 200GeV): 91% «électrons (single electrons, DC1, 1000GeV): 87% «photons (single photons, DC1, 200GeV ): 4% «jets (dijets, DC1, 560GeV): 0.13%

25 25 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Calibration ûcalibration standard : photons ûdé-calibration ûre-calibration ûuniquement dans le barrel mis au point par Stathes Paganis (University of Wisconsin) après recalibration avant recalibration resolution sur la masse (pour 1.5TeV) = 11 GeV + queues 7 GeV resolution sur les électrons (pour 1.5TeV)

26 26 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Masse reconstruite (1) ûseulement evts avec «2 électrons identifiés «e + et e - «2 électrons dans le barrel ûpertes par bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour linstant) ûlargeur «accord entre verité et recalibré en premier vue «Fit: … en travail vérité recalibré non calibré Mll/GeV

27 27 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Masse reconstruite (2) [Gauss + a Gauss] [BW*exp+exp] résolution du détecteur largeur naturelle Mll/GeV Pour le SSM: 45GeV (44.7GeV théo.) 84fb (77fb gén.) vérité simulation fit DY préliminaire

28 28 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Résumé et perspectives ûAnalyse au niveau de la génération à 1.5 et à 4TeV pour différents modèles «linterférence «bruit de fond «variables discriminantes: ©Largeur ©section efficace ©A_FB ûPremiers études en simulation complète «identification des électrons «calibration «masse reconstruite ûÀ faire: àvariables discriminantes àbruit de fond à… vers la discrimination entre les modèles par des fits globaux à 1.5TeV, avec B=DY, B = S =0.4, 1an à 20fb -1 SB SSM154013269 Z( ) 4505129 encourageant!

29 29 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer Formules utiles largeur théorique = g x ² /48 (c v ²+c a ²) M x (pour m f =0) g x =g/cos w, g=e/sin w dimensions supplémentaires S 1 : y=0..2 R, 0=2 R Z²: y=-y=2 R-y points invariants: 0 et facteur de dilution A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true), eps: % de fausse direction du q

30 30 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 Martina Schäfer largeur,… (GeV) (fb) (GeV fb) DY (fb) DY,gén. (fb) SSM44.8 ±1.8 83.3 ±1.5 3759.3 ±164.7 0.230.64 9.7 ±0.8 23.6 ±0.5 229.5 ±18.7 0.080.23 16.0 ±1.1 49.4 ±1.0 789.6 ±54.6 0.160.56 11.4 ±0.8 26.5 ±0.5 300.4 ±21.6 0.100.29 LR26.9 ±1.3 53.3 ±1.1 1432.4 ±78.4 0.280.84 acceptance autour de 0.4 préliminaire DY différement paramétrisé!