en trois leptons par le couplage λ121,

avec les données du Run II de

l’expérience DØ au Tevatron

Recherche de jauginos se désintégrant

Anne-Marie MagnanMardi 12 juillet 2005

LPSC Grenoble.

- 2 -

Plan

Introduction

I. La supersymétrie

II. Le détecteur DØReconstruction des particules

III. Corrections géométriques

IV. Analyse des données

V. Interprétation des résultats

ConclusionPerspectives

m = 89 GeV.c-2

- 3 -

Introduction : le Modèle Standard

Etat actuel :

+Boson de Higgs

électromagnétismeinteraction forte

interaction faible

Modèle vérifié très précisément par l’expérience, jusqu’à

l’échelle électrofaible (~100 GeV)

Mais : quelques incohérences• corrections radiatives divergentes à la masse du Higgs• 19 paramètres libres : masses des particules, couplages,…• n’unifie pas les interactions électrofaible et forte• n’inclut pas la gravité

Une solution possible : la supersymétrie• masse du Higgs stabilisée• unification des interactions électrofaible et forte• possibilité d’inclure la gravité

- 4 -

I. La supersymétrie1. Brève introduction2. Brisure de supersymétrie3. La R-parité4. Phénoménologie en R-parité

violéeII. Le détecteur DØIII. Corrections géométriquesIV. Analyse des donnéesV. Interprétation des résultats

- 5 -

III.1. Introduction

BosonsVecteurs des interactions

Spin entier

FermionsParticules de matière

Spin demi-entier

bosonfermion = supermultiplet,

avecmême masse, même charge,même isospin faible, mêmenombre de couleur.

Le lagrangien invariant par supersymétrie décrira les champs libres et les interactions possibles entre ces champs.

Exemples :Aμ

λ†, ψi†

λ, ψi

Champ de jauge

partenaire fermionique d’un boson de jauge ou

fermion du Modèle Standard

partenaire fermionique

d’un boson de jauge

λ

φ

ψ†

Partenaire scalaire d’un fermion du

Modèle Standard

fermion du Modèle

Standard

Supersymétrie

- 6 -

Classification des particules

4 neutralinos (i=1,2,3,4),

2 charginos (j=1,2).

+

0~i

j~

Modèle Standard : W±, Z et γ

Deux champs de Higgs

- 7 -

III-2. Brisure de supersymétrie

• Supersymétrie brisée : les « superpartenaires » ne peuvent pas avoir les mêmes masses que les particules standard, sinon elles seraient déjà découvertes !Plusieurs modèles de brisure.

• Modèle SUGRA (SUperGRAvité) : la brisure de SUSY se fait dans un secteur “caché”, et est véhiculée au secteur “visible” par l’intermédiaire de la gravité.Termes de brisures dans le lagrangien :

MSSM : 124 paramètres libres Réduits à 34 dans un modèle contraint cMSSM

M1 , M2 = masse des bino et winos à l’échelle électrofaible

Couplages trilinéaires

b = paramètre de mélange des Higgs

m = matrices de masse des scalaires à l’échelle électrofaible

M3 = masse des gluinos à l’échelle électrofaible Souvent reliée à M2 car hypothèse d’unification des couplages à l’échelle GUT.

- 8 -

Modèle de supergravité minimale

m0 = masse unifiée des scalaires à l’échelle de grande unification (GUT);

M1 = M2 = M3 = m1/2 = masse unifiée des jauginos+higgsinos à l’échelle GUT;

tanβ = paramètre de mélange des Higgs;

signe de μ = rapport des valeurs dans le vide des deux doublets de Higgs;

A0 = valeur unifiée des couplages trilinéaires.

• Modèle mSUGRA (minimal SUperGRAvité) : plus que 5 paramètres libres

• On ne sait pas où se situe la SUSY dans cet espace.

• On choisit : tanβ = 5, A0= 0, et on étudie les paramètres

m0, m1/2 et signe de μ .

Valeurs des paramètres

Masses des particulesSections efficaces

- 9 -

III.3. La R-parité

• Définition de la R-parité: nombre quantique multiplicatif défini par

Rp = (-1)3B + 2S + L Rp = +1 pour les particules standard,

Rp = -1 pour les particules SUSY.

• Reflète la conservation des nombres baryonique et leptonique.

• Introduit pour assurer la stabilité du proton

• R-parité conservée = la PARTICULE SUPERSYMÉTRIQUE LA PLUS LÉGÈRE (LSP) ne peut pas se désintégrer: stable, bon candidat à la matière noire.

• R-parité violée :

o la LSP se désintègre en particules du Modèle Standard,

o les nombres leptonique et/ou baryonique ne sont plus conservés,

o le couplage doit être faible limites expérimentales contraignantes pour respecter les phénomènes connus; ex. : temps de vie du proton > 1035 ans.

o Termes de R-parité violée dans le superpotentiel :

- 10 -

Les couplages de R-parité violée

Les couplages particules SUSY- particules standard sont classés en 3 catégories:

- λijk (états finaux leptoniques),

- λ’ijk (états finaux semi-leptoniques)

- λ’’ijk (états finaux hadroniques).

i,j,k = indices des familles (leptons et quarks)

μ+

νeL

~

e-

λ121

Par simplicité + nécessités phénoménologiques : un seul couplage non nul !!Etat final avec au moins deux électrons : on choisit le couplage λ121;On choisit λ121= 0,01 (Limite actuelle : λ121 < 0,05).

e-L

~

e-

λ121

νμ

L

_Rp=+1

Rp=+1

Rp=+1

Rp=+1

Rp= - 1 Rp= - 1

- 11 -

III.4. Phénoménologie en R-parité violée

Collisions quark-antiquark : couplages de jauge >> couplage RpV

R-parité conservée : • production d’une paire de particules SUSY;

• en général, sfermions trop lourds paire de jauginos

• dans l’espace des paramètres explorés, la composition des jauginos est :

02

~ 1

~ 1

~ 1

~Principalement production de et .

Voie s

Voie t

01

~02

~~ photino

~ zino

1

~ ~ winos

• production favorisée : jauginos les plus légers (plus d’espace de phase pour la réaction)

Mais:01

~

01

~01

~02

~

1~0

1~

1

~ 1

~

1~ 0

2~

02

~ 02

~

γγγ, Zγγ

γγZ, ZZγ

WWγ

ZWW

WWZ

ZZZ

- 12 -

Chaine de désintégration

Possibilité de perte d’un lepton: recherche de ee+l, l=e ou μ .

02

~01

~

Z* ff

• Désintégration des jauginos : en deux corps : paire fermion-sfermion (ms < mχ)

puis sfermion LSP + fermion en trois corps : en jaugino plus léger + paire

de fermionsExemples :

1

~01

~

W* ff

02

~ •01

~

υi

υi~

υi

_

Paires de jauginos paire de LSP = 2 dans l’état final

χ01

~

RpCRpC

• Désintégration des neutralinos en leptons Couplage λ121

Etat final: eeee, eeeμ, ou eeμμ + énergie manquante

01

~

121~ e

e

01

~

e

e

~121

01

~

e

e

~

121

01

~

e

e~

121

eμ eμee ee

RpVRpV

+ désintégration directe en leptons du Modèle StandardRpVRpV

- 13 -

désintégration des 2 LSP en leptons

50% eeμμ

25% eeeμ

25% eeee

En résumé

Etat final recherchéee + (e ou μ) + ν’s

02

~ 1

~ 1

~ 1

~principalement et RpCRpC

production de paires de jauginos

01

~désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) avec leptons des cascadesRpC

RpC

RpVRpV

- 14 -

Le Tevatron

• Comment chercher de nouvelles particules, ou comment tester le Modèle Standard précisément ? Se placer au-delà de l’échelle électrofaible,ou à l’échelle d’énergieque l’on veut tester .Supersymétrie : > 1 TeV

• Grands instruments : Tevatron, collisionneur proton-antiproton actuellement en fonctionnement às = 1,96 TeV;

• 6 km de circonférence;• Temps entre deux collisions : 396 ns;• Deux points de collisions et deux

détecteurs : DØ et CDF.

20022002

20032003

2004200420052005

Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : Ldélivrée = 1 fb-1

Luminosité intégrée

- 15 -

I. La supersymétrieII. Le détecteur DØ

1. Vue d’ensemble2. Les détecteurs de traces3. Les calorimètres4. Le système de détection des muons5. Le système de déclenchement6. Récapitulatif

III. Corrections géométriquesIV. Analyse des donnéesV. Interprétation des résultats

Objectif : identifier et

reconstruire des électrons et

des muons

- 16 -

I.1. Vue d’ensemble du détecteur

p

p-

~ 12 m

~ 20 m Les coordonnées utilisées

pseudo-rapidité η = -ln(tanθ/2)Impulsion p, énergie E,Plan transverse (x,y) :

angle φimpulsion transverse

pT

- 17 -

I.2. Les détecteurs de traces

b- Acceptance du détecteurOn ne sait pas où a lieu la collision en z

SMT : position du vertex en z < 60 cm .CFT : η < 2,5

SMTSMT + + CFT800000 canaux de silicium77000 fibres scintillantesMesure de p , Mesure de p , η, φ, chargeη, φ, charge

Champ magnétique de 2 T.

a- Vue d’ensemble

c- Reconstruction de traces

Résolution en pT : 2 - 10%

- 18 -

I.3. Les calorimètres

Objet électromagnétiqueEnergie reconstruite =

EM1+EM2+EM3+EM4+FH1

EM3

EM4

solénoïde

EM2EM1

FH1

z0

Vertex d’interaction

θphys

CC ECICD

Cryostats

Calorimètre à échantillonage Uranium + Argon liquide

Forme de la gerbe : dimensions longitudinale + transverse Variable de χ² appelée H-matrix : écart entre un vrai électron et l’objet testé. 0 < H-matrix < 10 000.H-matrix petite : < 40 vrai électron.

Fraction électromagnétique > 0,9Isolation : fraction d’énergie dans les cellules autour < 0,2.

Critères de sélection des électrons

Critères de qualité

- 19 -

I.4. Le système de détection des muons

Mesure de l’impulsion des muons

1- Zone fiducielle: η < 2

2- Qualité : « loose » « medium »« tight »

Nb de segments dans les

détecteurs

3- Trace associée dans les détecteurs centraux ?

4- Variables d’isolation : énergie autour de la trace dans les détecteurs centraux, et autour du dépôt dans le calorimètre < 2,5 GeV.

Critères de sélection des muonsScintillateurs

Chambres à fils

- 20 -

I.5. Le système de déclenchement

Détecteurs

Sortie électronique des détecteurs Décision du niveau L1

Ex: calorimètre : une tour EM de seuil > x

+ un signal MUON en coïncidence dans les couches A, B et C

nonOn efface

oui

Décision du niveau L2Ex: MUON de qualité Medium

nonOn efface

oui

Décision du niveau L3Ex: la gerbe EM a la forme d’un

électron

nonOn efface

oui

Temps de calcul

< 4,2 μs

< 100 μs

< 100 ms

On sauvegarde et on reconstruit entièrement l’évènement

Entrée : 2,5 millions d’évènements par seconde

Entrée : 2000 évènements par seconde

Entrée : 200 évènements par seconde

Sortie : 50 évènements par seconde

- 21 -

Energie transverse manquante :Ce que l’on ne peut pas détecter = les particules neutres qui n’interagissent que par interaction faible.Collision suivant z avec i particules produites lors de la collision.

Identification et reconstruction des électrons et des muons

, avec i particules visibles

Probabilité de χ² d’associer une trace à un dépôt d’énergie

dans le calorimètre

Détecteurs de traces Calorimètres Détecteurs de muons

p, pT, η, ϕE, ET, fEM,

isolation, H-matrice

Qualité mediumTrace centrale

Isolation

Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) 0 < likelihood < 1 , proche de 1 = vrai électron.

CRITÈRES DE QUALITÉ

CORRECTIONS

- 22 -

I. La supersymétrieII. Le détecteur DØIII. Corrections géométriques

1. Explication du problème2. Méthode employée3. Vérification des résultats

obtenusIV. Analyse des donnéesV. Interprétation des résultats

- 23 -

II.1. La problématique

Quelle est l’énergie initiale de la particule ?Interaction avec de la matière perte d’énergie

Calorimètre = matière instrumentée mesure de l’énergieEn amont : matière morte (structures du SMT, solénoïde, cryostat du

calorimètre)La perte en amont du calorimètre dépend de l’épaisseur traversée.

Détecteur à géométrie cylindrique a priori indépendance en φ La perte d’énergie ne dépend que de η et de l’énergie incidente.Pour avoir accès à l’énergie initiale : simulation

Monte Carlo.Un évènement = 1 électron généré à une énergie

E.Energie reconstruite = EM1+EM2+EM3+EM4+FH1

EM3

EM4

solénoïde

EM2EM1

FH1

z0

Vertex d’interaction

ηphys

CC

EC

ICD

ηdet

CC

ECnord

ECsud

ICD ICD

Après reconstruction, perte d’énergie en

fonction de la pseudo-rapidité η

50 GeV

EM

C-

Ere

co

ηdet

- 24 -

II.2.a Corrections dans le CC : |ηdet| < 1.1

1. CC : énergie fixée, dépendance en η; ΔE ~ 1-2 GeV

18 points en énergie entre 2 et 200 GeV.

2. Dépendance en énergie des coefficients aCC, bCC, et cCC;

3. Vérification de la correction; ΔE ~ 0,1 GeV

100 GeV

50 GeV

Fonction de paramétrisation :

CC avant corrections

ηphys

ηphys

aCC bCC cCC

aCC

bCC cCC

50 GeV

CC après corrections

100 GeV

ηphys

ηphys

- 25 -

II.2.b Corrections dans le EC : 1.5 < |ηdet| < 2.5

4. EC : Énergie fixée, dépendance en η;

Même procédure

5. Dépendance en énergie des coefficients aEC, bEC, cEC, dEC et eEC;

CORRÉLÉS combinaisons linéaires

αEC, βEC, γEC, δEC, et εEC grâce à la matrice de corrélation.

εEC est indépendant de E : fixé.αEC, βEC, γEC : même forme de

dépendance en énergie.

160 GeV - partie sud

Fonction de paramétrisation :

EC avant corrections

160 GeV - partie nord

αEC

αEC

Partie nord

δCC

δCC

Partie nord

160 GeV - partie η < 0

EC après corrections

160 GeV - partie η > 0

6. Vérification de la correction;

Noter l

’échelle

!

- 26 -

50 GeVCC et EC corrigés

On symétrise

II.2.c Corrections dans l’ICD : 1.1 < |ηdet| < 1.5

7. ICD :Énergie fixée, dépendance en η;

8. Paramétrisation globale;

50 GeV

aIC

aIC

bIC

bIC

- 27 -

II.3. Vérification des résultats : MC

Simulation MC de Zee.Valeur du PDG 2004 :

mZ = 91,19 GeV.c-2 ΓZ = 2,5 GeV

Générée

Reconstruite avant corrections

Reconstruite après corrections

Valeur moyenne avant et après Ecart-type avant et après

- 28 -

II.3. Vérification des résultats : données

Données réelles : sélection de deux électrons du pic de résonance du Z

Avant : m = 86,3 GeVAprès : m = 90,8 GeV

Valeur du PDG 2004 :

mZ = 91,19 GeV.c-2

ΓZ = 2,5 GeV .c-2Me1e2 = (2.E1.E2.(1-cosθ12))

- 29 -

I. La supersymétrieII. Le détecteur DØIII. Corrections géométriquesIV. Analyse des données

1. Principe2. Les données et les MC utilisés3. Accord avec le Modèle Standard ?4. Sélection de trileptons

V. Interprétation des résultats

- 30 -

IV-1. Structure globale d’une analyse de données

Ce que l’on connaît :

Prédiction du Modèle Standard

Échantillons BRUIT DE FOND! Simulation MC !

Ce que l’on a :Données du détecteur

Prises entre juin 2002 et août 2004

355 pb-1

ÉchantillonDONNEES REELLESRéférence :

pic de résonance du Z

Objectif :Trouver de nouvelles particules

Échantillon SIGNAL! Simulation MC !

ComparaisonsEn nombreEn forme

Propriétés attendues

Section efficace de production

SUSYGEN

Désaccord =Défauts des données réelles ?

Mauvaise simulation ?Il manque des processus ?La SUSY est découverte !

Accord =Modèle Standard OK

Détecteur OK

- 31 -

IV-2.b Les processus du Modèle Standard

Ex. : Efficacité de sélection de 100%, lumi de 355 pb-1

σZee = 254 pb 90170 évènements Z attendusσλ121 = 1 pb 355 évènements de signal attendus

1ère étape : vérification de l’accord

DATA-MC Modèle Standard

Processus donnant un état final avec 2

électrons ou1 electron+1muon:

Signal négligeable à ce niveau

Z/DY ee 5-1960 GeVZ/DY ττ 5-1960 GeVZ/DY μμ 5-1960 GeVW lυWW inclusifWZ inclusifZZ inclusifttbar llΥ eeΥ μμ

PYTHIANORMALISATION

nMC = nsel x Lréelle/LMC

τ+

Z τ-

υe

e+

υτ

e-

υτ-

υe-

W

W

Z/DYee 5-1960 GeV

+ données

Avec 2 électrons de qualité

- 32 -

Déroulement de l’analyse

1ère étape : vérification de l’accord données réelles - Monte-Carlo

Efficacités de sélection des objets Efficacité du système de déclenchement

Fond manquant : les « faux » électrons et « faux » muons

Sélection ee Sélection eμ

2ème étape : sélection du signalCoupures qui éliminent les

processus du Modèle Standard, mais pas le signal !

Sélection eel

Non détaillée

- 33 -

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (I)

MC trop optimiste 1ère piste : différence de comportement dans la

sélection des objetsEx. la simulation reconstruit les traces

trop proprement.

Méthode : sur un lot d’objets que l’on sait être des électrons

Paire d’électrons des résonances du Z et de l’Υ+ toujours un « bon » objet

Puis on regarde comment réagit le deuxième objet de la paire efficacité de la coupure à sélectionner un « bon » objet.

(tt) : évènements avec deux électrons très bons;(tp) : un électron très bon + un électron avec les critères recherchés(tf) : un électron très bon + un électron qui ne passe pas les critères recherchés

qual

Objectif : estimer l’efficacité de sélection des objets (critères de qualité « qual ») dans les données et dans le MC, pour corriger les différences éventuelles.

(tt)

(tp)

(tf)

Résonance de l’Υ7 < pT < 10 GeV, |η| < 1,1

(tt)

(tp)

(tf)

Résonance du Z15 < pT < 20 GeV, 1,5 < |η| < 2,5

pT (GeV.c-1)

pT (GeV.c-1)

Efficacité des coupures

données Monte Carlo

CC : |η|< 1,1

EC : 1,5 <|η|< 2,5

Correction du MC

Rapport εdata/εMC

CC : |η|< 1,1

EC : 1,5 <|η|< 2,5

pT (GeV.c-1)

pT (GeV.c-1)

- 34 -

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (III)

Fond QCD : interactions les plus nombreuses

qq qq, qg, ggQuarks et gluons peuvent être

reconstruits comme des électrons ou des muons isolés

_ _

Mais cette probabilité est très faible : nécessité de millions d’évènements, trop long à simuler.Modèle : estimation à partir des données.

Recherche d’une variable discriminante:

Variable discriminante : H-matrice(forme de la gerbe)

Échantillon de rechercheEchantillon QCD

0 40

Evènements avec 2 électrons de même signe

Il manque un processus ! 3ème piste : faux électrons (muons) pas de distinction de charge, on doit les trouver dans les évènements de même signe.

Evènements de même signe dans le Modèle Standard =

mauvaise identification de la charge

- 35 -

Le fond QCD

Normalisation en nombre d’évènements : x 2,2 ± 0,4

Ajout de ce fond : Après normalisation : vérification sur plusieurs variables

- 36 -

Évènements à deux électrons

Masse invariante : OK

Energie transverse manquante : OKImpulsion transverse de l’électron le plus énergétique : OKImpulsion transverse du deuxième électron : OK

Rappels

•Simulation des processus du Modèle Standard qui donnent un état final avec deux électrons.

• Représentation des « faux » électrons fond QCD

• A ce niveau : le signal est noyé dans le fond Modèle Standard

• on doit avoir un très bon accord DATA/Monte Carlo.

Pseudo-rapidités : OK

- 37 -

Évènements avec un électron et un muon

Impulsion transverse de l’électron Impulsion transverse du muon

Bon accord

- 38 -

IV-4. Sélection de trois leptons

Au niveau où le signal est négligeable : très bon accord entre les données réelles et leur interpretation dans le cadre du Modèle Standard.Il faut maintenant sélectionner le « signal » : on recherche ee + (e ou μ) + ν’s

ee :

eμ :

Ajout d’un troisième lepton :

Signal :(m0=1000, m1/2=280, μ > 0)

natt = 9,34 ± 0,08 (stat) ± 0,78 (sys)

natt = 4,54 ± 0,08 (stat) ± 0,52 (sys)

natt = 5,21 ± 0,08 (stat) ± 0,49 (sys)

Nombres d’évènements :

Somme des fonds

28865 ± 60 ± 2005

Données réelles 27590Somme des fonds

454 ± 17 ± 40

Données réelles 516

Somme des fonds

16,2 ± 3,5

Données réelles 17

-1,1+8,5

- 39 -

IV-4. On affine la sélection

Objectif : encore moins de fond sans trop diminuer le signal :

Coupure Signal BruitSignalbruit

data

n°1 : ee+eμ pT > 10;10 GeV.c-1 13,12 27600 0,082700

0

n°2 : eel pT > 10;10;5 GeV.c-1 5,21 16,2 1,29 17

n°3 : eel pT > 15;10;5 GeV.c-1 5,21 14,5 1,37 17

n°4 : qualité de la trace dans le SMT

3,67 6,8 1,41 9

n°3 : ET > 15 GeV 3,46 1,16 3,21 1

- 40 -

Vérifications

Vérification au niveau de la sélection de 3 leptons

Masse invariante

Énergie transverse manquante

- 41 -

En chiffres

Finalement :

Dans le signalm0=1000 GeV

- 42 -

Les sources d’erreurs considérées

Signal : statistiques = 1-4% suivant le nombre d’évènements générés (~ 5000)

systématiques (triggers, εqual, …) = ~ 10 %

- 43 -

L’évènement restant

Electron 1Electron 1ppTT = 47,1 GeV.c = 47,1 GeV.c-1-1..

Electron 2Electron 2ppTT = 41,5 GeV.c = 41,5 GeV.c-1-1..

Electron 3Electron 3ppTT = 9,1 GeV.c = 9,1 GeV.c-1-1..

MEMETT = 26,4 GeV.c = 26,4 GeV.c-1-1..

Hypothèse la plus probable : évènement Z +

jetle jet étant reconstruit comme un électron

- 44 -

I. La supersymétrieII. Le détecteur DØIII. Corrections géométriquesIV. Analyse des donnéesV. Interprétation des résultats

1. Obtention d’une limite2. En mSUGRA3. En MSSM4. Combinaison avec d’autres

états finals intéressants

- 45 -

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ?

Si σ95 < σth, on exclut l’existence du point,

si σ95 > σth, on ne peut rien dire.

Le nombre d’évènements observé dans les données réelles est en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard.

Peut-on rejeter l’hypothèse de l’existence du signal ?

NON ! Il faut tester l’hypothèse signal+bruit, et mettre une limite supérieure sur la section efficace que le signal pourrait avoir tout en étant compatible avec les nombres d’évènements observés et attendus, dans 95% des cas

notée σ95

Limite attendue si Nobs = Nbkg

donne une indication de la sensibilité de l’analyse

m0 = 1000 GeV, tanβ = 5, A0 = 0

- 46 -

σ95 liée à l’efficacité de la sélection

liée au nombre de leptons lié aux rapports de branchement des jauginos produits ( , ).

02

~ 1

~

τ2 + ντ~

χ + lν01

~νi + ei~

τ1 + ντ~

Rapports de branchement du

pour μ > 0

1

~

χ + W01

~

(e,μ)L + (e,μ)~~

V-2. Résultats en mSUGRA

20% en (e, μ) + νLimite attendue

Limite observée

Zone exclu

e

σ95 en fonction de m1/2

τ2 + τ~

χ + ll01

~

(e,μ)R + (e,μ)~~

νi + νi~

(e,μ)L + (e,μ)~~

τ1 + τ~

Rapports de branchement du

pour μ > 0

02

~

2 leptons en plus

- 47 -

m (GeV)χ01~

248 GeV

270 GeV

msfermions >> mjauginos.

σ95 en fonction de m1/2

A grande valeur de m0

106 GeV

110 GeV

σ95 en fonction m χ01

~

212 GeV

214 GeV

σ95 en fonction m 1

~

Exclusion

DØRunI

Exclusion

DØRunI

m1/2 > 248 GeV.c-2

m > 212 GeV .c-2

m > 106 GeV.c-2 01

~

1~

m1/2 > 270 GeV.c-2

m > 110 GeV.c-2

m > 214 GeV .c-2

01

~

1~

- 48 -

V-3. En MSSM

Dans un modèle plus général cMSSM

On ne fait plus l’hypothèse de l’unification de la masse des

jauginos+higgsinos à l’échelle GUT

Les paramètres sont au nombre de 15

(+19 du Modèle Standard)On utilise M1, M2,

On choisit μ = 1000, tanβ=5, msquarks = msleptons = 1000 GeV

M2 ~ M

1

~

210 GeV

- 49 -

V-3. Combinaison : λ121

Recherche de μμ+l Daniela Kaefer (Aachen)Recherche de ee+τ Anne-Catherine Le Bihan(Strasbourg)

Sensibilité en λ121 ~ 3-4% pour μμ+l ~ 1-2% pour ee+τ

- 50 -

Conclusion

• La SUSY n’a pour l’instant été vue ni en R-parité conservée, ni en R-parité violée.

• Résultats obtenus en mSUGRA : pour 100 < m0 < 1000 GeV .c-2 , tanβ = 5, A0= 0

m1/2 > 248 GeV.c-2 (resp. 270) pour μ < 0 (resp. μ > 0)

m > 106 GeV.c-2 (resp. 110) pour μ < 0 (resp. μ > 0)

m > 212 GeV .c-2 (resp. 214) pour μ < 0 (resp. μ > 0)

• Etude de l’exclusion dans un modèle plus général:pour des scalaires lourds (~1000 GeV), tanβ = 5, μ = 1000

m > 210 GeV .c-2 quelque soit la masse du

• Les résultats combinés avec deux autres analyses complémentaires donneront lieu à une publication.

01

~

1~

Run I : 190 et 210 GeV.c-2

1

~

limites LEP :m > 39 GeV .c-2 m > 103 GeV .c-2

01

~

1~χ0

1~

- 52 -

Perspectives au LHC

Sections efficaces + grandes !

Sélection de 3 leptons isoles (e ou μ)et de 2 jets de grand pT.

Analyse CMS

- 53 -

•Masses, couplages, … indéterminés par la théorie

en particulier, unification des couplages ?

Supersymétrie

Unification des couplages

Ajout d’autres masses indéterminées

•Hiérarchie entre les masses : mυ< 3 eV et mt ~ 178 GeV

10 ordres de grandeur.

Supersymétrie : ajout de particules à m~1 TeV.

•Gravité non incluse : que se passe-t-il à MPlanck ~ 1019 GeV ?

à comparer avec l’échelle actuelle ~100 GeV : pas de nouvelle physique entre les deux ??

Supersymétrie

•Champ de Higgs : champ scalaire fondamental

corrections radiatives à sa masse : divergence quadratique

problème de naturalité

Supersymétrie : annulation des divergences quadratiques.

- 54 -

Insuffisances du Modèle Standard

• Le Modèle Standard marche très bien.• MAIS : quelques incohérences …

ex. : accord avec les mesures de précisions mHiggs < 200 GeV.

Nouvelle physique : quand la gravité devient importante face aux autres forces : à l’échelle Λ = Mplanck = 1019 GeV.Mais mHiggs < 200 GeV Λ ~ 1 TeV. Nouvelle physique à 1 TeV ?

• Solution possible: la supersymétrie.

Résoud le problème des divergences quadratiques à la masse du Higgs,

Unification des couplages fort et électrofaible à l’échelle GUT = 1016 GeV,

Apporte un très bon candidat à la matière noire de l’univers

- 55 -

Relativité générale : rayon à partir duquel une particule devient localisée

Principe d’incertitude d’Heisenberg : une particule ne peut pas être localisée à mieux que sa longueur d’onde de compton.

Égalité entre les deux.

- 56 -

II.1. Méthode employée

1. Dans CC : énergie fixée, dépendance en η

50 GeV

100 GeV

Fonction de paramétrisation :

CC avant corrections

18 points en énergie entre 2 et 200 GeV.

- 57 -

Fonction de paramétrisation :

CC avant correctionscCC

Fonction de paramétrisation :

CC avant corrections

bCC

bCC

aCC

Fonction de paramétrisation :

CC avant corrections

aCC

Coefficients dans CC

- 58 -

b: terme de bruit bruit de l’électronique + radioactivité de l’Uranium

ne dépend pas de l’énergie.s: terme d’échantillonage perte de résolution due à la séparation du calo en zones actives et passives.

varie en E : % aux électrons récoltés poissonc: terme constant lié à la structure du calo + calibration

% à l’énergie (calibration)

- 59 -

1- les donnees : 355 pb-1

2- Les processus du Modèle Standard :Tableau

3- XS du signal -> 1 pb … avec 355 pb-1 et une efficacité de sélection de 100% : on attend 355 évènementsZ-> 254 pb -> 90170 -> largement dominant.

4 - On doit d’abord vérifier l’accord DATA-Modele Standard.les objets precedemment definis, on etudie l’accord sur ee et emu

plot brut … ca va pas …5- DATA => enlever les periodes ou le detecteur de fonctionne pas, selectionner des triggers pour etre surs d’avoir ce qu’on veut !! Trouver un exemple bete….

6-reproduire le turn-on sur les MC7- efficacite de selection des objets8- il manque un fond …QCD9- accord, tout va bien !!

10- selection de eel : signal/racine(bruit) -> coupures intelligentes …parallele avec le signal11 - ce qui reste a la fin12- display de l’événement13-

- 60 -

I.5. Le système de déclenchement

Détecteur« A »

Sortie électronique du détecteur

Registre calé sur les croisements de faisceau, à 32 cases.Stocke les données du détecteur en attendant la décision

du trigger L1.Effacement des données si L1

dit « non » i.e. dans 99,9% des cas.

Horloge a 132 ns, i.e. taux de croisement des

faisceaux

écriture

Décision L2OUI/NON via le SCL

L2 dit « non », les données du détecteur sont effacées

pour cet évènement.

L1 dit « oui » via un Serial Command Link (SCL)

Les données sont alors chargées dans un autre buffer en attendant la décision des triggers L2

lecture

écriture

Position ajustée en fonction du temps de

réponse de L1.

Buffer FIFOAttente de la décision L2.

16 cases

L2 dit « oui »

Buffer FIFO. Stocke les données en attendant qu’elles soient lues par le SBC

8 casesSBCCarteVME

Données du détecteur « A » Envoyé au L3 via des

câbles Ethernet

L1 désactivéCommande « L1 occupé » envoyée via le SCL

Buffer plein

L2 désactivéCommande « L2 occupé »

envoyée via le SCLBuffer plein

- 61 -

Erreurs sur les efficacités de sélection:

- 62 -

Signal : εsig δεstat

δεsys

Fond Modèle Standard : Nbkg = 1,16 δNstat = 1,43 δNsys = 0,18

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ?

Approche dite « fréquentiste » :

données réelles : Nobs = 1

L = 355 pb-1

δL/L = 0,065

1ère hypothèse : le signal existe.k = bkg + sig, n = Nk = bkg + sig, n = Nobsobs

Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance Prob(i n|k) 0,05.

On cherche σ95 tel que :Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05

Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ95. On compare ensuite σ95 à σth.Si σSi σ9595 < σ < σthth, on exclue l’existence , on exclue l’existence du point,du point,si σsi σ9595 > σ > σthth, on ne peut rien dire., on ne peut rien dire.

Probabilité d’observer n évènements quand on en attend k

2ème hypothèse : le signal n’existe pas.k = bkg, n = Nobs

Prob(i n|k) < 0,5.10-6.

δNbkg

δε εeff

sig = εeff σ Ldata

- 63 -

En résumé

• Supersymétrie : quarks et leptons partenaires scalaires = squarks et sleptonsbosons de jauge partenaires fermions = jauginoschamps de Higgs partenaires fermions = higgsinos

Jauginos + higgsinos = mélangés en 4 neutralinos et 4 charginos

• Brisure de la supersymétrie :mSUGRA brisure transmise par l’intermédiaire de la

gravitééchelle de brisure : 1 TeV5 paramètres libres m0, m1/2, tanβ, signe de μ, A0

Equations du groupe de renormalisation masses à l’échelle électrofaible.

• On recherche : production de paires de jauginos désintégration des 2 jauginos en LSP ( ) avec leptons des cascadesdésintégration des 2 LSP en leptons : 50% eeμμ

25% eeeμ 25% eeee

Etat final recherchéee + (e ou μ) + ν’s

02

~ 1

~ 1

~ 1

~principalement et . 01

~RpCRpC

RpVRpV

- 64 -

Energie transverse manquante :

Ce que l’on ne peut pas détecter = les particules neutres qui n’interagissent que par interaction faible.Collision suivant z avec i particules produites lors de la collision.

Identification et reconstruction des électrons et des muons

Pour l’électron :

• Probabilité de χ² d’associer une trace à un dépôt d’énergie (= gerbe) dans le calorimètre• Variable de « likelihood » (maximum de vraisemblance) : avec fEM, P(χ²), isolation, H-matrice, ET(calo)/pT(trace),…0 < likelihood < 1 , proche de 1 = vrai électron. On prendra : likelihood > 0,5.

, avec i particules visibles

En pratique : difficile ! Cf. plus loin.

- 65 -

I.6. Données réelles et simulation

2005

20022002

2003200320042004

20052005

Run II : du 19 avril 2002 au 24 juin 2005 : Ldélivrée = 1 fb-1

Luminosité : probabilité d’interaction L = (b frev N1N2 ) / (4πσxσy)

- b : nb de paquets de p- frev : fréq. de révolution- N1, N2 : nb de p et anti-p- σxσy: taille des faisceaux en (x,y)

1 barn = 10-24 cm2.

Necessité de normaliser à ce qu’on attend dans les données

réelles

section efficace d’un processus :

Probabilité qu’un processus a de se réaliser Natt = ε σ L

exemple : le signal que l’on veut voir a une section efficace σ = 1 pb, on a une efficacité de sélection ε = 10%, la luminosité est de

L = 350 pb-1

Natt = 35 évènements.

Corrections

Sorties des détecteursBruits de l’électronique de lectureMatière en amont du calorimètreSimulation trop optimiste : besoin de « dégrader » à la main la résolution dans la simulation.Energie transverse manquante : il faut introduire ces corrections dans le calcul…

Simulation Monte Carlo

- génération d’un processus physique précis

- simulation du passage des particules produites dans le

détecteur

Codes : PYTHIA, SUSYGEN

- 66 -

Quelques vérifications

ϕ mod (2π/32)

1) Jonctions entre les modules du calorimètre

MC50 GeV

EM

C-

Ere

co

Zone inter-modules entre 0,07 et 0,13 en ϕ jusqu’à 16% de

perte d’énergie.MAIS on ne corrige que des pertes dues à la matière en

amont du calorimètre. On ne tient pas compte de ces

zones.2) Asymétrie entre les bouchons nord et sud

MC

50 GeV

- 67 -

IV-2.a Les données réelles

• Prises entre juin 2002 et août 2004 .

• Système de déclenchement :basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques,ou 1 objet électromagnétique + 1 muon.On appelle ces « triggers » : EM, 2EM et EMMU.INDISPENSABLES : pour sélectionner les évènements

intéressants+ ils déterminent la luminosité effective.

• Luminosité : délivrés par le Tevatron 513 pb-1;triggers EM, 2EM et EMMU opérationnels 444

pb-1;sans les périodes de mauvais fonctionnement de

certains détecteurs

Au final : 355 ± 23 pb-1 .Erreur : 6,5% due à la mesure de la luminosité.

- 68 -

IV-3. Obtention de l’accord avec les prédictions du Modèle Standard (II)

Effet du système de déclenchement non-simulé 2ème piste : sélection des objets inefficace dans les données réelles dû au système de

déclenchementEx. les triggers ne sélectionnent que 50% des processus Z ee

on aura deux fois trop de Monte Carlo !! Il faut « simuler » cet effet dans le MC.

Efficacité du système de déclenchement

basé sur la sélection de 1 ou 2 objets électromagnétiques,

ou 1 objet électromagnétique + 1 muon

- 69 -

- 70 -

- 71 -

V-1. Obtention d’une limite ou découverte ?

1ère hypothèse : le signal existe.k = bkg + sig, n = Nk = bkg + sig, n = Nobsobs

Prob(i > n|k) > 0,95 à 95% de niveau de confiance Prob(i n|k) 0,05.

On cherche σ95 tel que :Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05Prob(0|k)+ Prob(1|k)= 0,05

Si le signal existe, il ne peut pas avoir une section efficace plus grande que σ95. On compare ensuite σ95 à σth.Si σSi σ9595 < σ < σthth, on exclue l’existence , on exclue l’existence du point,du point,si σsi σ9595 > σ > σthth, on ne peut rien dire., on ne peut rien dire.

Probabilité d’observer n évènements quand on en attend k

2ème hypothèse : le signal n’existe pas.k = bkg, n = Nobs

Prob(i n|k) < 0,5.10-6.

Signal : εsig δεstat

δεsys

Fond Modèle Standard : Nbkg = 1,16 δNstat = 1,43 δNsys = 0,18

Approche dite « fréquentiste » :

données réelles : Nobs = 1

L = 355 pb-1

δL/L = 0,065

δNbkg

δε εeff

sig = εeff σ Ldata

δLLeff

- 72 -

- 73 -

- 74 -

Comparaison des limites

obtenues au Run I et au Run II de

DØ :A0 = 0, tanβ = 5, μ < 0

L = 355 pb-1

L = 4 et 8 fb-1

- 75 -

Merci de votre attention !

RdV à la caféteria