Recenti risultati nella fisica elettrodebole al Tevatron

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1 Recenti risultati nella fisica elettrodebole al Tevatron Giulia Manca University of Oxford, UK Incontri della Fisica delle alte energie (IFAE), Lecce (Italia) 24 Aprile

2 Sommario Stato del Nuovo Nuovo Tevatron Stato di e D0 Recenti risultati di Fisica Elettrodebole Conclusioni e prospetti futuri 2

3 Il Tevatron Run I ( ): s = 1.8 TeV L dt ~ 100 pb 1 Run II ( ) : s = 1.96 TeV +10% in σ(w,z) (W,Z)! +30% in L ins : in σ(tt)! Goal : 3x10 32 cm -2 s -1 L = L dt ~2(5-10) fb (8) 3

4 Stato del Tevatron maggio`01 Winter`03 sample # week marzo`03 L (pb -1 ) ~ 130 pb -1 su tape presa dati stabile da shutdown in giugno ~ ~ pb -1 > 90% efficienza L ~ pb pb -1 (Marzo`02 Gennaio`03) 4

5 Nuovi e D0 Central Drift Chamber (COT) Silicon Vertex Det: L00+SVX +ISL Entrambi: Camere muoni Elettronica (DAQ + trigger) EM + HAD Calorimeters Muon Systems NEW Silicon Detector, Central Drift Chamber and Plug Calorimeter NEW Solenoid, Fiber Tracker, Silicon Detector 5

6 Electroweak physics roadmap Distribuzione y eventi Drell-Yan Vincoli PDF W,Z sezioni d urto BR leptoni W Universalita` leptonica Misure di precisione asimmetria di carica W Vincoli PDF Ampiezza di decadimento leptonica W Ampiezza di decadimento W Ricerca di nuove interazioni Accoppiamenti dibosonici Distibuzione di massa DY DY asimmetria avanti-indietro indietro PolarizzazioneW coefficienti angolari di decadimento Massa W Massa H 6

7 Selezione eventi W, Z W: un leptone e, µ o τ alto Pt isolato centrale grande E T W ± e ± ν Z: due elettroni alto Pt isolati centrali O un muone alto Pt isolato centrale 2a traccia isolata alto Pt Z 0 µ + µ - 7

8 Sezioni d urto: : W/Z Solide misure test SM Certezza buon controllo rivelatore Calibrazioni dei calorimetri (energy scale: W relativa, Z assoluta) Nuova fisica (da R = σ W / σ Z ) σ top /σ W misura e predizione teorica piu`accurate σ. W,Z Br(W,Z leptoni) efficienza acceptanza = N candidati ε A N L dt background σ inelastic = 60.7 ± 2.4 mb (+E811) 8

9 Run II: σ. Br(Z Z 0 e + e -,µ + µ - ) Z e + e - : 1830(OS) in ~72 pb -1 Backgrounds ~ 0.6% Z µ + µ - : 1631(OS) in ~72 pb -1 Backgrounds ~ 0.9% σ B(Z 0 ee) ) = 267±6 stat σ B(Z 0 µµ µµ) ) = 246±6 stat stat ±15 sys ±16 lum pb stat ±12 sys ±15 lum pb s=1.96 TeV : 252 ± 9 pb Nucl. Phys. B359,343 (1991) Phys.Rev. Lett. 88, (2002) 9

10 D Run II: σ. Br(Z Z 0 e + e -,µ + µ - ) Z e + e - : 1139(OS) in ~42 pb -1 Background sottratto Z µ + µ - : 1585(OS) in ~32 pb -1 Background ~ 1.5 % σ B(Z 0 ee) ) = 294 ± 11 σ B(Z 0 µµ µµ) ) = 264 ± 7 stat 11 stat ± 8sys ± 29 lum pb stat ± 17 sys ± 26 lum pb Nucl. Phys. B359,343 (1991) Phys.Rev. Lett. 88, (2002) s=1.96 TeV : 252 ± 9 pb 10

11 Run II : Z 0 τ e τ h Chiaro segnale Z 0 τ e τ h Necessari ulteriori studi sul background Goal : misura preliminare della sezione d urto per l estate Interessante : universalita` leptonica Importante : Higgs and SUSY 11

12 Run II: σ W. Br(W eν e ) W eν e : in ~72 pb -1 Background ~ 6 % (dominato QCD) σ B(W eν) ) = 2.64 ± 0.01 stat ± 0.09 sys ± 0.16 lum s=1.96 TeV TeV : 2.69 ± 0.10 nb nb lum nb M t = 2 p e t p ν t (1-cos φ e,ν ) Nucl. Phys. B359,343 (1991) Phys.Rev. Lett. 88, (2002) 12

13 D Run II : σ W. Br(W eν e ) W eν e : in ~ 42 pb -1 Background ~ 6 % (dominato QCD) ry M t (GeV) σ B(W eν) ) = ± stat ± sys ± lum s=1.96 TeV : 2.69 ± 0.10 nb nb lum nb Nucl. Phys. B359,343 (1991) Phys.Rev. Lett. 88, (2002) 13

14 Run II: σ W. Br(W µν µ ) W µν µ : in ~72 pb -1 Background ~ 11 % (dominato Z 0 µ + µ - ) σ B(W µν) ) = 2.64 ± 0.02 stat ± 0.12 sys ± 0.16 lum nb 14

15 D Run II: σ W. Br(W µν µ ) W µν µ : 7352 in ~17.3 pb -1 Background ~ 11 % Run I : 2.09 ± 0.06 stat ± 0.22 sys ± 0.11 lum nb σ B(W µν) ) = ± stat ± sys ± lum nb 15

16 : σ W. Br(W τν τ ) e g τ /g e BR(W τν τν) BR(W eν) g τ g e = 0.99 ± 0.04 stat ± 0.07 sys = 0.99± stat ±0.04 sys W τν τ : 2345 in ~72 pb -1 Background ~ 26 % (dominato QCD) σ B(W τν) ) = 2.62±0.07 stat ±0.21 sys ±0.16 lum nb 16

17 Riepilogo W,Z sezioni d urto Run II : consistente con le predizioni 17

18 Sezioni d urtod vs. E CM NNLO 18

19 Estrazione di Γ(W): ):e+µ Measure Theoretical prediction PDG SM PDG combined Exp R = σ(pp W) Γ(W eν) Γ(Z) σ(pp Z) Γ(W) Γ(Z ee) Extract R = 10.54±0.18 Γ(W) = stat ±0.33 sys ± GeV NNLO@1.96 : / (J.Stirling) LEP : Γ(W)=2.150± GeV (winter 2003) (direct measurement) 19

20 Run II: A con FB Z 0 e + e - Asimmetria Avanti-Indietro A FB : Unica al Tevatron (off Z pole) Prova diretta V,A sin 2 θ W, sensibile Nuova Fisica Selezione eventi ~ σ Z Candidati : 40 GeV/c2 < M ee < 600 GeV/c 2 Backgrounds: ~ 3 % (QCD) 5438 in ~ 72 pb -1 A FB = N N F F + N N B B --Esplora copertura in avanti! - Consistente con SM - Limitato statistica ad alte masse 20

21 Ricerca DY Risonanze(Z ) alta massa Distribuzione M ee consistente con SM nessun eccesso Aumento E cm aumento sensibilita` D0 preliminary L =50 pb-1 hypothetical Z x 10 95% CL limite sulle masse (GeV( GeV e 650 D0 e 620 µ

22 σ(wγ Run II: eν γ) e Triple gauge boson coupling Wγ eν e γ : Selezione degli eventi: come σ, piu` 1 γ : Εt Ε > 7 GeV, R( R(γ e e ) > eventi in ~ 72 pb -1 Background ~14.4 ±0.4 stat ± 3.8 sys SM prediction 32.2 ±1.3 stat ± 2.5 sys σ(wγ eν e γ) = 17.2 ± 3.8 stat ± 2.8 sys ± stat 2.8 sys 1.0 lum pb 22

23 σ(wγ Run II: µν γ) µ Wγ µν µ γ : 38 eventi eventi in ~ 72 pb pb -1 Background ~11 ±0.18 stat ± 0.53 sys SM prediction 25.5 ±0.6 stat ± 2.3 sys σ(wγ eν e γ) = 19.8 ± 4.5 stat ± 2.4 sys ± stat 2.4 sys 1.2 lum pb 23

24 σ(zγ Run II: l l γ) Zγ l l γ : 11 (ee( ee) ) + 14 (µµ( µµ) eventi in ~ 72 pb SM+Bkg : ee: 10.8 ±0.9 stat ± 0.6 sys µµ: 12.4 ±1.2stat ± 0.7 sys σ(zγ l l γ) = 5.8 ± 1.3 stat ± 0.7 sys ± stat 0.7 sys non in SM! pb lum pb 24

25 Run II: WW WW llνν SM WW/WZ tappa verso SM Higgs Selezione degli eventi due isolati,alto Pt e or µ carica opposta Fakes E T >25 GeV φ(e T,l/j)>200 o E T > 50 GeV DrellYan (Z ττ) Z veto Jet veto tt - Run II Preliminary 2 Candidati in ~ 72 pb -1 SM : 2.79 ± 0.62 ; Bkg : 1.53 ±

26 Γ(W) e M (Run W I) Risultati Run I (fits to Mt e lepton Pt): M W Γ(W) direct ± GeV 2.05 ± 0.13 GeV D ± GeV GeV -(+D0) combinato: M W = ± GeV, Γ(W) = ± GeV (Errori correlati : PDFs,, QED HO corr,, M w /Γ(W) inputs) LEP : Γ(W) = ± 0.09 GeV -(+D0) (W lν) ) = Γ(W) Βr(W lν) ) = 224 ± 13 MeV (SM : Γ(W lν) ) = ± 0.6 MeV) 26

27 Γ(W) e M (Run W I) Γ(W) consistente con SM MW ~ +1.8σ SM Higgs leggero 27

28 Vincoli sull Higgs Corrente SM Higgs fit : M H = GeV ( log(m H /GeV) = 0.23) (hep-ex/ ) Se Run IIA 2 fb -1: (per esperim) (combinato) M W = 40 MeV ; M W = 30 MeV M top = 3 GeV ; M top = 2.5 GeV log(m H /GeV) = 0.15, M top and α(m Z ) contribuiscono M W = 15 MeV ciascuno 28

29 Prospetti futuri Scalare δm W e δγ W con L δm W in RunI ~ 1/ L Errore sistematico legato L (i.e. vincoli PDF) Goal : δm W ~ 15 MeV e δγ W ~ 25 MeV Migliorare precisione di Br(W lν) ) (da( R) Riduzione errori sistematici su R= σ W / σ Z con L Goal : errore percentuale O(1%) (errore( Run I Run I da HO) su Γ(W), Br(W lν), Γ(W lν) ) (combinato( +D0) Sensibili a Nuova Fisica : Produzione di DiBosoni accoppiamenti anomali DY sezioni d urto d e asimmetrie Sezioni d urto d differenziali (Pt (W,Z), y, polarizzazione) dinamica (pp W,Z) 29

30 Conclusioni RunII splendida forma! (Run I completato con successo) Confermate misure di base SM (confidenza( funzionamento rivelatori) Misure di precisione gia` comparabili con Run I In attesa di 2 fb-1 1! 30