Produzione di WW a LEP2

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1 Produzione di WW a LEP2 Necessaria una selezione per estrarre eventi dal fondo per separare eventi WW (completamente adronici, completamente leptonici, semileptonici) tra di loro

2 Esempio di fondo : ritorno radiativo alla Z La coda radiativa della Z si fa sentire ben oltre il picco Da eventi di singolo fotone Emissione di fotone di energia fissata

3 WW Production at LEP2 Three diagrams contribute at Born level (CC03 diagrams) : Actually look for subsequent W decay into lepton-(anti) neutrino and quark 1 - (anti) quark 2. Real process is

4 Four Fermion Interference Three important 4-fermion diagrams which interfere with the signal ones:

5 Rapporti di decadimento in WW 67%x 67%~ 45% 2 x 67%x 33%~ 44% W ud,cs 3 colori = 6 stati lν 3 famiglie di leptoni Rapporto q:lept=2:1

6 Fully Leptonic Selection (lνlν) Low multiplicity events, two isolated acoplanar leptons with missing transverse momentum. Lepton candidate can be low mult. jet to account for τ and final state radiation.

7 Semileptonic Selection (qqlν) Two hadronic jets, one isolated electron, muon or τ. Missing momentum due to neutrino(s).

8 Semileptonic Event

9 Fully hadronic Selection (4q) High multiplicity events, four hadronic jets. Selection based on event properties as sphericity, jet angles, Fox-Wolfram momenta, etc., often combined with Neural Network techniques. Example of variable : Events/0.001 rad/gev DELPHI Data WW! qqqq Background D (rad/gev)

10 Event selection ν ν q ν q q q 10% 44% 46% q q

11 Cross Sections in all channels N j selected events in each selection (j) L total luminosity µ j expected events function of σ WW i for each channel (i) ε ij efficiency matrix σ bkg j background cross section δσ 4f j four fermion interference correction Likelihood

12 W decays : Branching Ratios Standard Model : 10.8% Standard Model : 67.5% Test of lepton universality

13 Measurement of Vcs at LEP indirect method can be related to CKM elements: Taking other CKM measurements from PDG and not assuming unitarity of : V cs = ± 0.014

14 Total Cross Section Precision reached by LEP experiments a challenge to theoretical predictions Full O(α) predictions only recently available Strong evidence of Triple Gauge Couplings

15 Mw col metodo della soglia a 161 GeV Media LEP :

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17 Massa del W dalla ricostruzione diretta Sopra la soglia la massa del W si misura dalla ricostruzione diretta della massa invariante jet-jet dai canali completamente adronico e semileptonico L evento e forzato a 2 (candidato semileptonico) o 4 (candidato adronico) jet con procedura iterativa Nel canale adronico abbiamo 3 combinazioni jet-jet dai 4 jet WW boson pairs at LEP since GeV centre of mass energy ~700 pb -1 by each experiments ~4500 qqqq, ~4000 lνqq events for each experiments.

18 Jet ricostruiti con procedimento iterativo, dopo aver definito una metrica, es.: JET a macchine e+e-

19 Fit cinematici Kinematic fit used to improve reconstructed four momenta

20 Estrazione di Mw dalla massa invariante La distribuzione di massa invariante ha una forma alla Breit-Wigner distorta da : ISR Limiti nello spazio delle fasi Risoluzione del detector Errata assegnazione delle particelle ai W Fondo Tagli di selezione

21 Si usa il Monte Carlo per trattare gli effetti di distorsione : Curva di calibrazione della Breit-Wigner oppure Estrazione di Mw dalla massa invariante Tecniche di reweighting La distribuzione in massa invariante e paragonata alle corrispondenti distribuzioni MC generate con diverse masse di input. Per evitare di generare un esagerato numero di eventi di Montecarlo a masse diverse si ripesano gli eventi usando il rapporto tra gli elementi di matrice quadrati

22 M W ricostruita

23 LEP Energy Kinematic fit At LEP2: δe beam ~20MeV (δe/e~10-4!) δm W ~17MeV Error coming mainly from extrapolation.

24 LEP Energy (2) 3 methods recently used to cross-check extrapolation: Energy loss Based on the frequency of the field provided to beam to compensate from syncroton radiation. E loss by sync. Spectrometer Based on measurement of lepton bending angle Radiative return

25 Interazione stato finale La separazione dei vertici di decadimento del W a LEP2 e ~0.1 fm piccola rispetto alla scala tipica della adronizzazione ~1fm Fenomeni di interconnessione possono oscurare le separate identita dei due W. Lo stato finale non si puo piu considerare come la sovrapposizione di due W separati. La determinazione della massa dal canale totalmente adronico puo subire distorsioni Riconnessione di colore Correlazioni di Bose-Einstein

26 Final LEP result: Colour Rec. constrained by Mass variation when soft particles are excluded Example: difference between Mass measured in standard analysis and Mass measured using only particles in the core of the jet This correlation is a general feature of All Models : CR is expected to affect mainly low momentum particles particles away from the jet core Models Mass Shift predicted by model By studying Mass Stability (or Measuring the W mass only with particles in the jet core ) expect to reduce CR Systematic Error to ~ 50 MeV

27 Incertezze sistematiche per M W Effetti legati alla QED (ISR, FSR, etc.) Frammentazione Sistematiche legate all apparato (calibrazioni, allineamenti, etc.) Conoscenza dell energia di LEP Riconnessione di Colore Correlazioni di Bose-Enstein

28 Risultati M W a LEP : 4q e lnqq qqqq - lνqq mass difference (no FSI syst) ΔM W (qqqq-lνqq)= +22±43 MeV

29 Risultati M W a LEP e TeVatron LEP W mass measurement combined with the Tevatron result : M W = ±0.040 GeV (pp) M W = ±0.025 GeV (LEP+pp) Γ W =2.139 ±0.069 GeV (LEP+pp)

30 Misura di precisione della massa del W a collider adronici Misure ai collider adronici Produzione da annichilazione quarkantiquark Decadimento del W in leptone (e o µ) + neutrino Fit alla distribuzione in massa trasversa M W T

31 Misura di precisione della massa del W a collider adronici Fit alla distribuzione in massa trasversa M W T Picco Jacobiano

32 Error on W mass (Run I) RUN II CDF e µ 30, 17 These errors are determined using CDF/D data,scale with luminosity Theory improvements Improve PDF constraints with measurements (W charge asymmetry, Z rapidity distribution) Run II CDF has reached 48 MeV with 200 pb -1!

33 Measuring the W mass at LHC The crucial point is to control systematic uncertainties: Use the Z to mimic the W! CMS Note-2006/061