χ ?

χ ?

A Master Project :Searching for a Supersymmetric Higgs 

Boson through displaced Decay Vertices in LHCb

Neal Gueissaz         Mars 2007

h0 ?

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 2

L'expérience LHCb

4.3 km

50­1

75 m

Outer Tracker Vertex Locator

Rich

Trigger TrackerAimant dipolaire

Inner TrackerCalorimètres

Chambres à Muons 

Large Hadron Collidercollisions proton­proton

7 TeV par faisceau4 exp : ATLAS, CMS, LHCb & Alice

27 km de circonférenceOpérationnel 2007

LHCb est dédié à l'étude de la violation de CP et autres phénomènes rares dans 

les désintégrations de mésons B

300mrad

10mrad

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 3

Théorie

0

0

qi

ql

ql

qi q j

qm

qn

qkh0

mh∈[93 ,115] GeVm

~O 10 GeV

mb~O 100 GeV

L. Carpenter, D. Kaplan et E.­J. Rhee [1] montrent que les modèles standards supersymétriques minimaux (MSSM) avec ➔ violation du nombre baryonique B (donc de la parité R) et ➔ des masses de gauginos non­unifiées auraient un espace des paramètres suffisamment large dans lequel :

h0 6 quarks

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Le But

Étudier le potentiel de découvrir le Higgs et le neutralino LSP dans l'expérience LHCb. La longueur de désintégration du neutralino pourrait être suffisamment longue pour une désintégration dans le VELO. Cela implique des vertex déplacés qui pourraient être détectés et mesurés dans LHCb, grâce à son excellente résolution de tagging des vertex et capacité d'identification des particules.

où λ'' est la constante de couplage de violation du nombre baryonique.Désintégrations hadroniques rares de mésons B donnent  λ''ijkλ''lmn< 10­2­10­4

λ'' = 10­3

λ'' = 10−4

λ'' = 10­5

λ'' = 10­6

L ~ 100 [µm]L ~ 10 [mm]L ~ 1 [m]L ~ 100 [m]

? LPU ~  22­30 [cm]LVELO ~ 1 [m]LLHCb ~ 20 [m]

Dans ce modèle, le neutralino le plus léger (LSP) se caractérise par une longueur de désintégration  non négligeable [2]:

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 5

Cinématique~30% de h0 dans l'acceptance pour mh=114.8 GeV 

Nombre total d'événements produits au point d'interaction :

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 6

Système de Pile­Up Veto et Trigger

εi : fraction des évnts avec i interactions qui passent la chaîne de trigger .

Pas de χ lg. de dés.Lχ dans VELO

Lχ hors du VELOmχ =30 GeVmχ =50 GeV

b bbar évnts génér.

Légèrement plus d'évnts avec double interactions, éliminés facilement à l'aide de méthodes appropriées.

Un nombre suffisant d'évnts de neutralinos passent le niveau de trigger.Aucun changement dans le triggering scheme n'est a priori requis pour 

observer ces évnts

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 7

Etude de la Signature              Jets

B0 bar

b

bbar

Événement h­>b bbar 

Évt h­>χ χ ­> 6 jets

Softness et ouverture des χ­jets

Les 2 χ­jets

1 χ­jet

 χ­jets overlap

h0 6

Mh=114 GeV, m=40 GeV, msb=100 GeV

Poids : énergie

Poids : énergie Poids : énergie

Poids : énergie

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Etude de la Signature                   Jetsh0 6

Un algorithme rapide a été construit pour sélectionner les événements contenant des , basé sur leur longueur de désintégration non­nulle, la séparabilité de leur vertex de désintégration et sur le nombre de traces chargées à chacun de ces vertex. Il requiert également 2 vertex de désintégration de méson B avec au moins une trace chargée de large pT.

B

B

χ

χ

12

3

4

5

D6

IPχB

PV

PV

12

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Reconstruction de m

Mχ=40 GeV

Reconstruction idéale de la masse du χ avec les traces chargées : le bout de la queue pointe en direction de mχ. 

Construction d'un algorithme rapide 

d'assignation des traces.

Background : mésons B se désintégrant en mésons D, production de Z, W, t tbar et  b bbar génériques.

Une trace de SUSY :mχ~40+/­5 GeV

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Reconstruction de mh

Une trace de SUSY :mh~115+/­5 GeV

Background : mésons B se désintégrant en mésons D, production de Z, W, t tbar et  b bbar génériques.

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 11

Conclusion

Si la supersymétrie existait...                                (selon le modèle de D. Kaplan)

➔Un nombre suffisant d'événements h­>  dans le détecteur LHCb.➔Aucune modification a priori des triggers.➔Potentiel de sélectionner ces événements à l'aide des vertex déplacés induits, à la   haute multiplicté de traces chargées des neutralinos, grâce à l' excellente résolution   de tagging des vertex et capacité d'identification des particules du détécteur LHCb➔Trace de la masse du Higgs et du neutralino LSP.Mais difficile...➔Softness, ouverture, superposition des jets issus de neutralinos.

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 12

[1] L. Carpenter, D. Kaplan, E. Rhee, Reduced Fine­Tuning in Supersymmetry with R­parity violation, arXiv:hep­ph/0607204 v2", 2006.

[2] H. K. Dreiner, G. G. Ross, Nucl. Phys. B 365 597 (1991)

[3] Les photos ont été prises sur le site du CERN, ainsi que de LHCb.

Références

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Back up slides

M=30 GeV                            M=40 GeV                                  M=50 GeV

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 14

Back up slide

''=10­3                                         ''=10­3                                         ''=10­3

18.03.07 Neal Gueissaz LPHE Projet de Master 15

Back up slide

Insight of the combinatorial backgroundImpact parameter distribution of  daughter particles decay vertices to their mother  decay vertices.

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Back up slide

Single interaction event

Double interaction event

Single interaction event,after 1st peak removal

Double interaction event,after 1st peak removal

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Back up slide

Histogramm of the z­coordinate of the point of closest approach to the beam line for all tracks measured in the VELO for one event. Left : for a single interaction event. Right : for a double interaction event.

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Back up slide

R distrbution of the two  in h­>. Charged tracks multiplicity distribution of the neutralino