En trois leptons par le couplage λ 121, avec les données du Run II de lexpérience DØ au Tevatron...
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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
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- 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
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- 73 -
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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
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Merci de votre attention !
RdV à la caféteria