FISICA AL LEP G. Passaleva

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1 FISICA AL LEP G. Passaleva Dottorato di Ricerca in Fisica 2003

2 Oltre 2000 pubblicazioni su... Fisca adronica Electroweak Fisica γγ QCD Heavy flavours Higgs Fisica del τ Nuove particelle

3 LEP 1989 Primo run Fisica alla Z (misure di precisione) Fisica del W (misure di precisione) 2000 L anno dell Higgs (la scoperta?) Nov 2000Fine dell era LEP Circonferenza: Energy range: 27 km GeV

4 Luminosità ed energia x10 6 Z Il 70% della luminosità totale è a s > 94 GeV

5 I 4 esperimenti L3

6 I rivelatori di vertice al Si L3 Vertex Detector ~30 cm Importante innovazione; essenziali a LEP I e II nella ricerca dell Higgs ALEPH DELPHI L3 OPAL Vertex detector 2 layer doublesided 0.96m 2 3 layer double/ single 1.37m 2 2 layer doublesided 0.52m 2 2 layer singlesided 0.53m 2 Atlas : 60 m 2 CMS : 210 m 2

7 LEP I: misure di precisione alla Z 15.5x10 6 Z qq + 1.7x10 6 Z ll (200pb -1 /esperimento) Input sperimentali: sezioni d urto e asimmetrie Si fittano 9 grandezze fondamentali: Massa (M Z ) Larghezza totale (Γ Z ) Sezione d urto adronica (σ h0 ) Larghezza adronica/larghezza leptonica (R l =Γ h /Γ l ) Forward-backward asymmetry (A l FB ) Test dell universalità leptonica. Fit agli accoppiamenti g A, g V Fit di grandezze derivate (ad es. m W, m t ) includendo altre grandezze come polarizzazione del tau, risultati sugli heavy flavour, misure ad altri acceleratori.

8 LEP I: M Z e Γ Z ± ± 2.3 M Z

9 Misura dell energia dei fasci Scala assoluta di energia e incertezza punto a punto errore sistematico su M Z e Γ Z δm Z ~ 0.50 δ(e peak+2 +E peak-2 ) δγ Z ~ 0.71 δ(e peak+2 -E peak-2 ) δe O(MeV) δe point-to-point ~ 50MeV δm Z LEP ~ 1.7MeV Strategia: resonant depolarization (δe beam ~200keV) interpolazione (NMR/.., flux loop, ), per correggere effetti sistematici come: temperatura, maree & effetti idrogeologici effetti...imprevedibili come...

10 ...il passaggio del TGV...

11 Universalità leptonica Correnti neutre τ polarization A τ ± A e ± Line-shape + asimmetrie FB R e R µ R τ A 0,e FB A 0,µ FB A 0,τ FB Fit al modello standard g Aµ /g Ae ± g Aτ /g Ae ± g Vµ /g Ve ± g Vτ /g Ve ± Correnti cariche Decadimenti del W (LEP 2) BR(W µν)/ BR(W eν) ± BR(W τν)/ BR(W eν) ± BR(W τν)/ BR(W µν) ± Decadimenti del τ g µ /g e ± (B µ /B e ) g τ /g µ ± (τ τ,m τ,b e ) g τ /g µ ± (τ hν τ )

12 Universalità leptonica A fb 0,l = ± R l 0 = ± g Al = ± g Vl = ±

13 LEP I: quantità derivate Γ had Γ lept Γ inv ± 2.0 MeV ± MeV ± 1.5 MeV N ν N ν Γ inv N ν (ν counting) ± MeV < 95%CL ±0.082

14 EW heavy flavours: R b Nel 1995 si osservò una deviazione significativa di R b dallo SM. In seguito ad analisi più accurate e raffinate tutto è rientrato nei ranghi. R b = ± R c = ± R b

15 sin 2 θ eff lept from asymmetries Leptoni : ± differenza di 3.3σ Adroni : ± media : ± P(χ 2 ) = 2.5%

16 LEP II W e + e - ff e + e - ffff Higgs SUSY Heavy flavour...

17 Fisica del W: σ W, m W Misura di m W da σ W alla soglia Vertice ZWW!!! EWWG (1996)

18 M W : ricostruzione diretta Fisica del W: m W Attenzione: possibile bias sulla massa dovuto a interazioni tra gli stati finali in qqqq (Bose-Einstein, colour reconnection) Stima: M(4q-qqlν) = 9±44MeV

19 Fisica del W: m W Moriond 02 pp LEP ± m W

20 Fisica del W: Γ W 2.15 ± 0.09

21 Consistenza interna dello SM Winter 2002 Measurement Pull (O meas O fit )/σ meas α (5) had (m Z ) ± m Z [GeV] ± Γ Z [GeV] ± σ 0 had [nb] ± R l ± A 0,l fb ± A l (P τ ) ± R b ± R c ± A 0,b fb ± A 0,c fb ± A b ± A c ± A l (SLD) ± sin 2 θ lept eff (Q fb ) ± m W [GeV] ± Γ W [GeV] ± m t [GeV] ± sin 2 θ W (νn) ± Q W (Cs) ± χ 2 /dof = 28.8/15 P(χ 2 ) = 1.7% Introdotta per la prima volta Nuove misure

22 Fit globali allo SM LEP I + SLD LEP I+SLD+m t (misura indiretta m W ) LEP+SLD+ m W +Γ W (misura indiretta m t ) Tutti i dati (m H ) m t [GeV] m W [GeV] ± ± ± ± m H [GeV]

23 Fit globali allo SM: m W e m t m W [GeV] LEP1, SLD Data LEP2, pp Data 68% CL mis. fit m W [GeV] ± ±0.033 M t [GeV] ± α m H [GeV] Preliminary m t [GeV]

24 Fit globali allo SM: m W 80.5 All except m W 68% CL m W (LEP2, pp ) mis. m W ±0.033 m W [GeV] 80.4 fit ± Excluded Preliminary m H [GeV]

25 Fit globali allo SM: m t M t [GeV] LEP 200 All except m t 68% CL m t (TEVATRON) m t [GeV] Excluded Preliminary m H [GeV] CDF: evidence for Observation of

26 Fit globali allo SM: m H 6 4 theory uncertainty α had = α (5) ± ± m H = m H <196 GeV, 95% C.L. χ 2 2 Excluded Preliminary m H [GeV] α had (5) = ± (hep-ph/ ) m H = m H <199 GeV, 95% C.L.

27 Higgs: ricerca diretta -2 ln(q) Minimo a m h =115.6 GeV (dominato da ALEPH) Observed Expected background Expected signal + background Test signal + background LEP m H (GeV/c 2 GeV 1- CL b =3.4% Probability density CL s+b =44% Observed LEP Expected for background Expected for signal (m H =115.6 GeV/c 2 ) + background GeV significatività=2.1σ 1-CL b CL s Observed Expected for signal+background Expected for background LEP m H (GeV/c 2 ) Mh> % CL Observed Expected for background LEP m H (GeV/c 2 ) 2σ 3σ 4σ

28 La fortuna è cieca ma la sfortuna...

29 Conclusioni: l eredità di LEP (per i pessimisti) ingrid bob

30 Conclusioni: l eredità di LEP (per gli ottimisti) Una mole enorme di dati e di misure di grande precisione Un nuovo metodo di lavoro: - definizioni standard delle osservabili (fisici teorici!) - definizione standard delle grandezze misurate - studio accurato degli errori statistici e sistematici - tabulazione completa di tutti i dati necessari per successivi studi teorici Qualche interessante discrepanza (~3σ) tra SM e dati Un indizio dell Higgs dietro l angolo?