Experimental Particle Physics

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1 Experimental Particle Physics Daniela Rebuzzi Università di Pavia e INFN, Sezione di Pavia Dottorato di Ricerca in Fisica - Università di Pavia Anno Accademico

2 Sezione d urto e + e - γ μ + μ - 2

3 Running di α s α S (Q 2 )perq 2 = 5 GeV e Λ = 200 MeV α S (n f = 4) α S (n f = 5) LO NLO [Fonte: QCD and Collider Physics R.K. Ellis, W.J. Stirling, B.R.Webber] 3

4 Rapporto R 4

5 Rapporto R sul PDG 5

6 e+e- hadrons Cross-section (pb) polo del fotone Z e + e hadrons CESR DORIS PEP W + W - 10 KEKB PEP-II PETRA TRISTAN SLC LEP I LEP II Centre-of-mass energy (GeV) 6

7 LEP - Effetto delle Correzioni Radiative had [nb] ALEPH DELPHI L3 OPAL 0 20 Z 10 measurements (error bars increased by factor 10) from fit QED corrected M Z E cm [GeV] 7

8 LEP - Numero di Famiglie Leptoniche had [nb] ALEPH DELPHI L3 OPAL average measurements, error bars increased by factor E cm [GeV] 8

9 Processo qq qq ad ATLAS 9

10 JADE Alg: Confini tra regioni a 2 e 3 jet divergenza collineare x1+x2 = 1 y divergenza infrarossa 3 jet y regione x1+x2 < 1 regione rossa x1+x2 1 2 jet divergenza collineare x1+x2 = 1 10

11 Energy dependence of 3 jet productions 11

12 Shower Development probabilita di non emissione Un branching seguito da due shower 12

13 Scala di Rinormalizzazione 13

14 Scala di Fattorizzazione 14

15 Violazione dello scaling di Bjorken 15

16 Parton Density Functions 16

17 QCD Scale Variation 17

18 Il Modello Standard L attuale nostra conoscenza dei costituenti elementari della materia e delle loro interazioni fondamentali va sotto il nome di Modello Standard 1960 S. L. Glashow [1964 P. Higgs, R. Brout, F. Englert] 1967 S. Weinberg 1968 A. Salam 1970 S. L. Glashow, J. Iliopoluos, L. Maiani 1979 Premio Nobel a S. L. Glashow, A. Salam e S. Weinberg: incorporano il meccanismo di Higgs nella teoria esistente e creano il MS 1999 Premio Nobel a G. t Hooft e M. J. G. Veltman: dimostrano che la teoria è consistente e predittiva 18 5

19 Il MS: lo schema della Natura 19

20 Trasformazioni di gauge locali Sistema Applico una rotazione globale invarianza Sistema Applico rotazioni locale indipendenti il sistema cambia Torno nello stato iniziale se e solo se ci sono forze interne Impongo una simmetria locale compare la forza Gauge = scelta dei parametri non osservabili della teoria Invarianza di gauge = quello che misuro non dipende dalla paricolare scelta del gauge la fisica è invariante rispetto alla simmetria di gauge 20

21 Higgs Potential 21

22 Tre generazioni di fermioni? had [nb] ALEPH DELPHI L3 OPAL average measurements, error bars increased by factor E cm [GeV] 22

23 Fit ai parametri EW 23

24 EW predictions on M H 24

25 Higgs Production at LHC "(pp! H+X) [pb] pp! H (NNLO+NNLL QCD + NLO EW) pp! qqh (NNLO QCD + NLO EW) pp! WH (NNLO QCD + NLO EW) pp! ZH (NNLO QCD +NLO EW) s= 8 TeV LHC HIGGS XS WG pp! tth (NLO QCD) [GeV] M H 25

26 Cross Section Uncertainties 7 TeV 8 TeV QCD Scale PDF + α s Total QCD Scale PDF + α s Total ggf +12% 8% ±8% +20% 15% +7% 8% ±8% ±15% VBF ±1% ±4% ±5% ±1% ±4% ±5% WH/ZH ±1% ±4% ±5% ±1% ±4% ±5% tth +3% 9% ±8% +12% 18% +4% 9% ±8% +12% 17% QCD scale (μ R and μ F changed independently by a factor 2 and 1/2 (at (N)NLO QCD) and PDF+α S (PDF4LHC prescription) uncertainties added linearly (long debate about that) but handled separately by the LHC Higgs Combination WG (different nuisance parameters) Ongoing/next improvements QCD scale uncertainty study by M. Cacciari and N. Houdeau [JHEP 09 (2011) 039] - preserves both characteristics of log-normal (tails) and flat-top HO Calculations, ex. ggf QCD Scale ± 8% at NNLO ± 5% at NNNLO in few years? PDF+α S : ±8% ± 5% with LHC data? (jets, top, prompt photons and Z p T distributions contribute gluon PDF determination) 26

27 Higgs Decay Branching Ratios Higgs BR + Total Uncert [%] !! cc bb gg "" Z" WW ZZ tt LHC HIGGS XS WG µµ [GeV] M H 27

28 H ZZ ( * ) 4l 28

29 H γγ 29