Marina Cobal INFN Gruppo Collegato and Università di Udine. CSN1 Bologna Maggio 2011

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1 Marina Cobal INFN Gruppo Collegato and Università di Udine CSN1 Bologna Maggio 2011

2 ATLAS in numeri articoli pubblicati (3 editori) 1 di performance 6 articoli accettati (1 editore) 11 articoli inviati a rivista (2 editori) 74 CONF note pubbliche articoli pubblicati (3 editori) 8 di performance 102 CONF note pubbliche Nota: una lista completa dei risultati è nel sito: view/atlaspublic

3 Luminosità 2010 ATLAS recorded 45 pb ATLAS recorded 337 pb -1 World record!! 2010 / 2011 s = 7 TeV 700 pacchetti L ~ 2x10 32 / ~1,1x10 33 cm -2 s -1 Ldt ~ 46 / ~337 pb -1

4 Incertezza sistematica attuale non molto diversa da quella del 2010 Correggere per la presenza di fondo e comprendere la dipendenza da µ La precisione del 2010 sembra raggiungibile Deve migliorare la conoscenza della corrente di bunch

5 Stato del trigger Rate attuale ~300 Hz: Egamma (100 Hz), Muons (80 Hz), JetTauEtmiss (120 Hz) MinBias, Background, Express Riduzione del rate programmata attraverso diverse strategie Rimozione dei trigger dedicati per analisi specifiche In ordine di priorita Riduzione margini su tagli EF Indurimento dei tagli Adattamento algoritmi al pileup Aumento del rate di progetto 200 Hz -> 400 Hz Compressione dati raw Apr 24 Apr May 3 Apr 28

6 Contributi italiani al trigger Livello 1 Bologna, Lecce, Napoli, RomaI, RomaII, + 1 RomaIII Attivita concentrata su muon barrel Completamente italiana Trigger muoni Lecce, Napoli, RomaI Ottimizzazioni algoritmi HLT Performance e validazione B-jet Genova Cosenza, RomaI Trigger specifici per particelle lente Lecce, RomaI, + 1 RomaIII Validazione del trigger di muoni L1/L2/EF Team completamente italiano Studi Bologna, estensivi Genova, di performance Lecce, Napoli, RomaI, + 1 RomaIII Sia livello 1 che HLT

7 Il rivelatore ATLAS Quasi 100% del rivelatore operazionale Rivelatore general purpose Design ottimizzato per una buona performance all LHC

8 Ricostruzione di elettroni e muoni Elettroni: buona risoluzione e linearità fino a bassi pt Produzione inclusiva di muoni ATL-COMP-PHYS ATL-COM-PHYS Canale µ tutto italiano: Frascati, Pavia, Roma III Muoni: eccellente risoluzione in Mµµ (@Z peak: barrel 1.8%, endcap 3%)

9 Ricostruzione di getti e Missing ET Getti: incertezza sulla scala di energia: 2-4% per pt > 20 GeV Missing ET: testata su ampio intervallo di ET Resolution [GeV] miss,e y miss E x ATLAS for Approval Data 2010 # Ldt=36 pb s = 7 TeV -1 MinBias: fit QCD di-jets: fit 0.51! E T 2 Z" ee: fit 0.42! E T Z" µµ: fit 0.44! E T ! E T! E T (event) [GeV] b-tagging: Esempio di un punto di lavoro: efficienza 40-60% per un rate di mistag pari a 0.2-1%

10 Fisica del b Pubblicazioni o Measurement of the differential cross-sections of inclusive, prompt and non-prompt J/ production in proton-proton collisions at s = 7 TeV Sub. to Nuclear Physics B (15 April 2011) o Measurement of the centrality dependence of J/ yields and observation of Z production in leadlead collisions with the ATLAS detector at the LHCPhys Lett. B697 (2011) dy [nb/gev] "/dp 2 µ - )d + Br(J/!#µ T ATLAS Preliminary s= 7 TeV -1 = 2.27 pb L int Inclusive cross-section ATLAS 1.5$ y <2 J/! CMS 1.6$ y <2.4 J/! Spin-alignment envelope J/! p [GeV] T Analisi in corso sui dati 2010/2011: Lifetime inclusiva (ConfNote->paper) B s (paper) Misura della polarizzazione J/ (paper) b/c D(*) (paper) Events / ( 0.05 GeV ) Pb+Pb = 2.76 TeV S NN Signal+Background Background µ + - ATLAS 0-10% µ invariant mass (GeV) 10

11 Misure Modello Standard W/Z sezione d urto inclusiva Anche: Z-> ττ, W-> τν Evidenza per pp WW l l 3 significance Milano ATLAS-CONF ATLAS-CONF NLO prediction: 44.9±2.2 pb 11

12 Misure Modello Standard Jets W/Z+getti Fondo dominante per top, Higgs e SUSY... ATLAS-CONF ATLAS-CONF

13 Misure Modello Standard Fotoni Produzione inclusiva fotoni prompt isolati ATLAS-CONF Top quark Canale single lepton, dilepton, all hadronic Accordo eccellente con le previsioni MS Buon accordo dati-teoria (NLO) in 0< <2.37 In arrivo anche la σ diff per difotoni Anche: M top, Single top, FCNC, M tt ATLAS-CONF ATLAS-CONF ATLAS-CONF ATLAS-CONF

14 Statistica richiesta Misure Modello Standard Nei ~40 pb -1 di dati raccolti nel 2010 ATLAS è riuscita a misurare la maggior parte dei processi MS La sensibilità all Higgs si avvicinerà ai valori SM nei prossimi mesi M H intermedia Alta M H Bassa M H

15 Produzione Produzione associata: piccola x-section/fondo alto Range di mass intermedio-alto: sensibili: ZZ and WW Range di massa da basso a intermedio - γγ: molto pulito, piccolo BR - WW 2l+MET: molto sensibile, meno preciso - ZZ 4l: meno sensibile, più pulito - ττ: particolari canali di produzione, come VBF - bb: alto fondo da QCD, meglio produzione associata Nota: incremento dei rate atteso in modelli BSM Gluon Fusion: - conosciuta al NNLO - dominante, ma grande incertezza~o(15%) a causa delle correzioni per processi originagti da gluone Vector Boson Fusion: - conosciuta al NLO, teoria O(5%) - segnatura sperimentale: 2 getti in avanti, gap in rapidità

16 MH intermedia: H WW lνlν Segnale abbondante e chiara segnatura Canale più sensibile nel range: GeV/c 2 Fondi: WW, di-bosons (WZ/ZZ/Wγ), W/Z+getti, DY, top, QCD Preselezione comune: - 2 leptoni ad alto pt isolati [QCD, W+Jets] - Limite inferiore su Mll per ridurre risonanze a bassa massa - Z veto ( Mll-MZ >10 GeV) [DY] - MET [DY] - Taglio in ϕll [WW] Analisi esclusiva nella molteplicità dei getti ATLAS-CONF /1-jet: canali più puri (meno contaminati da fondo di top), ottimizzati per gluon-fusion 2-jet: atteso un piccolo segnale, ottimizzato per VBF (tag di getti in emisferi opposti, gap in rapidità)

17 H WW lνlν: stima dei fondi Fondi principali valutati in regioni di controllo, quindi estrapolati alla regione di segnale Dai dati stima di ogni contributo di fondo Contaminazione da fondi diversi nelle varie regioni di conrollo, presa in considerazion - Fondo WW dalla banda alta di Mll: - Top: campione arricchito in ttbar (con b-tagging) per valutare l efficienza del jet-veto. - W+jets: cinematica da campione di controllo con tagli laschi su lept- ID - Probabilità di un leptone fake da un campione indipendente jettrigger - Fondo Z+jets usando il metodo ABCD nel piano Mll - MET ATLAS-CONF

18 H WW lνlν: Risultati Analisi ottimizzata in ogni jet-bin e per ogni ipotesi di massa Osservabile discriminante: massa trasversa 0-jets Es:M H = 170 GeV 0-Jets 1-Jet 2-Jets Data BG 1.8± ± ±0.01 Higgs 1.26± ± ±0.01 ATLAS-CONF jets ATLAS esclude un Higgs MS a 160 GeV/c 2 prodotto con una sezione d urto 1,2 x quella del MS

19 H ZZ (*) 4l Piccolo BR, ma canale molto pulito Effetto pileup meno importante Selezione Due coppie di leptoni di segno opposto(e, ) pt>7(15) GeV for (e), >=due leptoni pt>20 GeV Isolamento di traccia e nel calorimetro Significanza IP Z1, Z2 and finestra di massa dei 4 leptoni # ZZ è il fondo principale: Studiato usando Z ll (~25% error) Signal Eventi dopo la selezione MH=200 GeV Background Data 0.095± Non molto sensibile nel 2010 Esclusione: ~25 volte il MS 200 GeV Sarà cruciale nel

20 MH : H ZZ ll(qq/νν) Topologia meno chiara rispetto ai 4 leptoni, ma BR ~27 volte maggiore Più sensibile del 4l a grandi MH (il fondo da W/Z+getti diventa piccolo) Se il canale llνν ha un S/B migliore, llqq ha una migliore risoluzione in massa usando il constraint della massa dello Z (ma a masse dell Higgs molto alte, entra in gioco la larghezza naturale dell Higgs) Preselezione comune con llνν: - 2 leptoni con pt>20 GeV - 76 < Mll < 106 GeV Selezione - ETmiss < 50 GeV - Almeno 2 getti, I due con pt più alto con 70<mjj<105 GeV Z boost per MH>360 GeV - ll e jj < π/2 - pt(jet) > 50 GeV Events / 0.1 rad ATLAS Preliminary H % µµ$$ ATLAS-CONF data # L dt=35 pb Total MC Z Signal (M =400 GeV) H Other BG [rad] "! ll

21 Alta MH : H ZZ ll(qq/νν) Fondi: - Z+getti: Normalizzazione del MC Analisi ottimizzata per le regioni ad alta e bassa massa studiata con le bande laterali di mjj - QCD eeqq channel: template da campioni di controllo, con tagli su lepton-id laschi, determinati da campioni di getti esclusivi e a due getti. Nessun eccesso osservato nei dati - QCD µµqq channel: trascurabile (studiato con eventi SS) - tt: da MC, shape e normalizzazione studiate dalle bande laterali Mll, cambiando il taglio in Etmiss - - ZZ,WZ: da MC ATLAS-CONF La combinazione dei due canali limita la sezione d urto a ~10x SM

22 anche: H WW lνqq Canale più sensibile per MH> GeV cross section limits at ~10 20 x SM ATLAS-CONF

23 Bassa MH: H γγ Fondi: γγ irriducibile γ-getto, di-getto - risoluzione in massa, ID-fotoni, isolamento Richieste sperimentali: - Eccellente risoluzione in massa - Conoscenza del materiale davanti al calo - Ricostruzione precisa del vertice primario - Puntamento del fotone, riconoscimento delle conversioni Il MS preferisce un Higgs leggero (Mh<158 GeV) Nonostate il basso BR (~0.2%) H ha il segnale più alto a bassa TeV attesi 25 eventi/fb -1 (trigger&efficienze incluse) ATLAS-CONF

24 H γγ: risultati Fondi stimati dai dati Limite di esclusione: 8 x SM (MH=127 GeV) 38 x SM (MH=116 GeV) Sensibilità vicina agli attuali limiti di Tevatron ATLAS-CONF

25 H γγ: Update ATLAS-CONF

26 SUSY Higgs: h/h/a ττ Settore Higgs MSSM: h, H, A, H +, H -, 2 parametri M A, tanβ livello di Born L accoppiamento di Higgs con b, e τ aumenta per alti tanβ ricerca per: h ττ lτhad3ν Fondo principale: Z ττ, top, W+getti, Z ll, QCD, multigetti Tecniche data-driven per la previsione dello spettro M ττ (visibile) Spettro di massa visibile dopo tutti i tagli Limiti nel piano (M A,tan ) ATLAS-CONF Data Total BG Z ττ W+jets h/h/a tanβ=40 M A =120GeV ±6 101 ±4 67± 3 52 ±1 Espande regione esclusa da Tevatron

27 Ricerche SUSY in ATLAS Strategia di rierca adottata da ATLAS nel 2010: Cercare un ampio spettro di segnature generiche Non perdere nuova fisica se non è come la aspettiamo Interpretare i limiti in modelli specifici o in spazi fenomenologici definiti dalle masse delle nuove particelle. R-parità conservata: LSP stabile Missing ET (MET) Getti + MET + 0/1/2/3 leptoni b-getti+ MET di-leptoni + MET Ricerche non basate sulla MET : Ricerche di particelle a lunga vita media Risonanze eµ

28 Jets+MET+ 0/1 Leptons Most general search for pair production of colored particles decaying to a Dark Matter candidate. 0-leptoni 1-leptone Maggior fondo, maggior segnale Misura cut&count Grande MET > 500 GeV arxiv: arxiv: ATLAS- CONF squarks e gluini di massa uguale esclusi sotto 815 GeV. Risultato combinato interpretato nel contesto msugra/cmssm

29 di-lepton + MET Eventi a due leptoni opposite-sign (OS) e same-sign (SS) con grande MET Leptoni OS : - MET > 150 GeV - Fondi principali: top e Z+jets Leptoni SS : - MET > 100 GeV - La produzione di leptoni SS nel MS è molto rara: fondo principale da leptoni fake. Entrambe le analisi sono inclusive in jets (nessuna richiesta) OS SS arxiv: arxiv: Entrambe consistenti con il MS

30 di-lepton + MET: flavor subtraction Nell analisi di leptoni OS, il fondo da MS può essere ulteriormente ridotto usando la tecnica detta di flavor subtraction : Le sorgenti di fondo da MS possiedono generalmente uguali BR di decadimento in coppie di leptoni di segno identico o diverso (eccetto I leptoni da Ζ/γ ) Si sottrae eµ da ee+µµ il fondo SM si cancella al primo ordine dopo aver preso in considerazione le correzioni per l accettanza (ε) e le differenze in efficienza tra elettroni e muoni (β = αe/αµ) SSM = 2.06 ± 0.79 (stat) ± 0.78 (sys) Sobs = 1.8 ± 0.15 ( ) ± 0.02 ( e) ± 0.06 ( ) arxiv:

31 Particelle a lunga vita media SUSY con piccola ΔM e/o RPV couplings deboli può dar luogo a sparticelle a lunga vita media. Segnature comuni largamente model independent - Particelle cariche pesanti e lente, con alto pt, grande de/dx e lungo TOF - Particelle neutre a vita media lunga (Hidden Valley) Es: sparticelle colorate che adronizzano in R-adroni (gqq, gg,...) Studio nel 2010 basato su Tile e Pixel( ArXiV: ) : sensibilmente migliorati i limiti per la scoperta di R-hadroni. Proposta analisi basata solo sui Pixel : maggiore apertura a diversi scenari di fisica, maggiore accettanza geometrica, minore sensibilità alla maggiore occupanza e a 50 ns distanza tra i bunch 95% CL R-hadron mass limits ~ ~ R-hadron Mass Limit [GeV] sbottom 294 stop 309 gluino Limiti precedenti sgluino muon signature: 398/397 GeV (CMS/Tevatron) sgluino muon-spectrometer agnostic: 311 GeV (CMS) sbottom: 92 GeV (LEP), stop: 249 GeV (CDF),

32 Esotici Largo spettro di ricerche di fisica oltre il MS aperte dal nuovo regime di energia ancora inesplorato aperto da LHC di-getti: stati di quark eccitati, axigluoni, buchi neri quantistici di-leptoni: Z, compositeness, gravitoni R-S, ED, TC, QBH di-fotoni: gravitoni R-S, UED Nuovi bosoni di gauge: Z,W Particelle pesanti a vita media lunga altamente ionizzanti Leptoquarks

33 Risonanze nello spettro di due getti Confrontare la massa invariante di due getti e le distribuzioni angolari di di-getti rispetto a QCD Getti con impulso trasverso fino al multi-tev pt del leading jet > 150 GeV, 2 nd > 30 GeV Ricerca di picchi in Mjj e di deviazioni dalla QCD nella variabile angolare di di-getti = exp( y1-y2 ) collegata all angolo polare di scattering nel sistema di riferimento del CM dei due partoni arxiv: (PRL ) - Phys.Lett. B694 (2011) arxiv:

34 Eventi a due getti: limiti Quark eccitati e assigluoni Anche... QBH, interazioni a contatto arxiv: (PRL ) Phys.Lett. B694 (2011) arxiv:

35 Bosoni di gauge extra: W Ricerche dirette per W -> lν nell ambito del Sequential Standard Model Stesso accoppiamento che nel MS, larghezza scala lineramente con la massa Ricerca di anomalie nello spettro di massa trasversa Fondi: W, Z, Top Selezione: P T leptone > 25 GeV e MET > 25 GeV arxiv: MW > 1490 CL MW* > 1350 CL Sensibile anche a bosoni carichi chirali

36 Bosoni di gauge extra: Z Ricerca di risonanze dileptoniche che decadono in ee e µµ Attese in molti modelli di nuova fisica: sequential SM Z, string inspired E6 models, techni-mesons, R-S gravitons. Assunzioni: larghezza intrinseca stretta Selezione: 2 lep. isolati, E T >25 GeV Fondi: DY, W/Z, top (con MC), QCD 95% CL Limits Observed Expected SSM Z TeV TeV Z * TeV TeV arxiv: arxiv: arxiv: Consistente con il MS

37 Sommario e prospettive future ATLAS ha già prodotto risultati di alta qualità, competitivi con quelli degli altri esperimenti in presa dati, con qualche decina di pb-1 Ci si aspetta O(1-3) fb -1 di dati nel 2011, e ancora più nel > pieno accesso alla scala Multi- Tev Presenza italiana importante nelle analisi di punta e anche a livello di editing e editorial board degli articoli prodotti

38 Backup

39 Risultati Higgs ATLAS vs CMS 1) H->gammagamma (with limits ATLAS-CONF /025/004, NO CMS 2) H->ZZ->llnunu/llqq (with limits) ATLAS-CONF , NO CMS 3) H->ZZ->llll (with limits) ATLAS-CONF , NO CMS 4) H->WW->lnulnu (with limits) ATLAS-CONF , CMS-HIG (CMS including also mass region above 200 GeV, CMS & ATLAS hvae similar results below 200 GeV 5) H->WW->lnuqq (with limits) ATLAS-CONF , NO CMs 6) MSSM H->tautau->lh (with limits) ATLAS-CONF , CMS-HIG ) H+ -> tau nu (no limits, only background) ATLAS-CONF /51 CMS- PAS-HIG (with limits) 8) nmssm a1->mumu (with limits) ATLAS-CONF , NO CMS 9) H++, CMS-PAS-HIG , NO ATLAS

40 Risultati Top ATLAS vs CMS ATLAS CMS Top pair cross section combination 180 ± 9 (stat.) ± 15 (syst.) ± 6 (lumi.) pb 158±19 (12%) Top pair cross section in dileptons 17,4 % unc. 14,2% unc Top pair cross section in l+jets without b-tagging 15,1% unc 20,9% unc Top pair cross section in l+jets with b-tagging 13% unc 13,4% unc top all hadronic upper limit is set at 261 (314) pb at 95% no top mass from top cross section mtpole = GeV no top mass single lepton (169,3 +- 4,0 +- 4,9)GeV no Top mass in dileptons no 175,5±4,6(stat)±4,6(syst) GeV/c2. Top pair invariant mas/new physics Single top cross section pb 83,6±29,8(stat.+syst.)±3,3(lumi.)pb Top pair charge asymmetry no AC=0,060±0,134(stat.)±0,026(syst.) W-helicity: sì no TTbar + anomalous EtMiss: sì no FCNC sì

41 Risultati SM ATLAS vs CMS Soft QCD issues (MinBias, underlying event, diffraction, etc) ATLAS has done a more systematic and careful job Jet Physics ATLAS: much broader range of results, which are much better documented with public documents Photons, ATLAS: focussed more effort on SM results W/Z physics ATLAS/CMS comparable. CMS faster at getting some of the results in public lately (Z->tautau, Z+b), ATLAS have much stronger results in SM W+jets and Z+jets. ATLAS results also have much broader comparisons to a wide range of MC across all of our SM analyses. Electroweak CMS publications in 2010 have been earlier and more comprehensive than ATLAS, but this area will be much stronger in 2011.

42 Risultati W/Z ATLAS vs CMS

43 Risultati SUSY ATLAS vs CMS