La ricerca diretta dell Higgs SM

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1 La ricerca diretta dell Higgs SM I dati sperimentali testano il SM al livello del per mille L esistenza dell Higgs e ben supportata dai dati sulle correzioni radiative Il bosone di Higgs non e pero ancora stato scoperto a LEP si e cercato in modo diretto Le misure di precisione hanno posto limiti sulla sua massa + la teoria limita la sua massa 1

2 Higgsstrahlung LEP: la macchina ideale Modo dominante m(h) s-m(z) + Interferenza positiva e + e ->Hνν WW fusion E cm =206 GeV La sola possibilita di andare oltre! σ tot (m H =115) ~ 40 fb 2

3 LEP: la macchina ideale (2) 60% 4 jets 2 jets & 2 jet & missing energy 19% 2 lepton 6% Or a τ instead of the b 3

4 Ricerche dirette: LEP e la macchina perfetta per la ricerca dell Higgs SE m(higgs) < E cm MZ LEP: la macchina ideale (3) A LEP1 : , E cm = 91 GeV H >ll,qq m(higgs) > 65 GeV /c 2 at 95%CL A LEP2 : , E cm = GeV L > 2.5 fb E cm > 187 GeV Ricerche Indirette: Informazione dalle misure di precisione a LEP: m(h) = GeV/c 2 m(h) < 211 GeV/c 2 at 95%CL 4

5 Ma una sezione d urto molto piccola qq(γ) e la σ dominante Ma facile da ridurrre a eccezione. Ermeticita WW e dominante in 4-jet eez eνw missing energy massa ZZ e Qualche volta irreducibile Energy flow Higgs di 115 GeV/c 2 ~8 eventi per esp 5

6 La sfida della ricerca: il controllo delle code Pre-selection level ALEPH Tutte le varibili significative devono essere ben capite La ricostruzione della massa dipende pesantemente sulla buona calibrazione dei rivelatori (tracciatori, calorimetri.) E sulle tecniche di software. 6

7 e il b-tagging Dalla potenza dei micro-vertici alle tecniche di software Tutto quello che abbiamo imparato in 10 anni e usato nella ricerca dell Higgs 4-jets events b-tag <1998 WW rejection by a factor >500 b-tag >1999 7

8 e il b-tagging qq(γ) WW >lνqq Accordo Data/MC al % Z 0 - data/mc x b Code in WW (Vcb, g->bb..) x b x b Code in qq(γ): Risoluzione del rivelatore Modellizzazione del MC La ricerca dello SM Higgs una misura di precisione 8

9 2 4 Il canale a 4 jets: coppie & ricostruzione della massa sei possibili coppie: H dijet (1,2) M=97 B=5.7 (1,3) (1,3) (1,4) (2,3) M=113 B=3.4 (2,4) (2,4) (3,4) (3,4) 3 Z dijet (3,4) M=M Z B=-0.5 (2,4) (2,4) (2,3) (1,4) M=M Z B=2.0 (1,3) (1,3) (1,2) (1,2) 1 da Jesus Marco, Budapest 9 Per ogni coppia, fit a 5C con M ij =M Z & likelihood includendo la probabilita che gli altri 2 jet b-taggati vengano dal decadimento dell Higgs. Un solo valore di massa viene scelto

10 Il canale leptonico the golden candidates! ma BR = 3 % per ogni sapore... ma i fotoni radiati µ Se il γ e associato al muone > un perfetto ZZ fondo llqq µ γ L3 eeqq, E cm =206 GeV M(ee)= 89 GeV/c 2 M(qq)= 108 GeV/c 2 Se il γ e incluso nel jet: Una massa del di-jet molto alta > un buon candidato Higgs di alta massa! 10

11 Hνν: un fondo irreducibile, ee >bb σ ΗΖ E LEP fixed M Z Γ Ζ ΔM >0.5 GeV Boost > 10 GeV 11

12 Hνν: un fondo irreducibile, ee >bb Il segnale non e collineare! Montecarlo for Higgs 115 GeV/c 2, E cm =206 GeV per acollinearita < 5 o 5% di Higgs σ ~ pb 30% di qq(γ) σ ~ 80 pb Gli eventi collineari sono: -Zγγ doppi ritorni radiativi alla Z (visible mass ~M(Z)) -qq dove l energia e persa in ν o per problemi di rivelatori, (alta massa visibile) WPHACT a 206 GeV 6x10-4 ee > qq 5x10-4 ee > bb perdono > 60 GeV in neutrini: Nel 2000 per L= 220 pb -1, ogni exp. ha ~10 events ee >bb che perdono piu di 60 GeV in neutrini Di questi 10 evts, 80% hanno p T >10 GeV 12

13 I nuovi risultati Tutti i 4 esperimenti hanno implementato varie modifiche per Migliorare la sensibilita e/o il miglior controllo dei fondi Processamento di tutti i dati: calibrazioni finali, allineamenti, b-tag Nuovi generatori MC (DELPHI), piu statistica di MC (tutti) Valori finali dell energia del CM a LEP (tutti) Miglioramento di alcune analisi: - Nuove analisi con miglior sensibilita (OPAL): nuovo jet pairing (4- jet), e L > NN(miss.ener) - Miglior reiezione del fondo della macchina (ALEPH) - Analisi estese fino alla soglia bb (DELPHI) L3: risultato finale gia nel 2001 : pochi candidati compatibili con l ipotesi di Higgs ALEPH: eccesso di eventi rispetto a quello che ci si aspetta dai fondi SM che suggerisce la produzione di un Higgs di mass m H ~114 GeV/c 2 DELPHI: Nessuna evidenza di segnale di Higgs, limite a m H > GeV/c 2 OPAL: Nessuna evidenza di segnale di Higgs, limite a m H > GeV/c 2 13

14 Il plot di massa combinato S/N per m(h) > 109 GeV/c 2 > 0.5 >2 Data 17 Bkg 15.8 Sig 7.1 Data 4 Bkg 1.2 Sig

15 La procedura statistica I data da tutti i canali (Hqq, Hνν, Hll, qqττ ) e a tutte le E cm sono combinati in uno spazio bi-dimensionale: - la massa ricostruita dell Higgs M H rec - variabile discriminante G (b-tag, kinematical info..) LEP HIGGS WG In ogni bin di M rec H e G: - Background (MC) b i - Segnale (MC) s i - Num. di candidati N i Per ogni test mass m(h) LIKELIHOOD TEST : sig+bkgr bkgr Nov 2000 ln Q(m(H)) = - S tot + N i ln[1+s i (m(h)) / b i ] w i dell evento Q(m(H)) = L(s + b) / L(b) test statistic 15

16 I livelli di confidenza M H =110 M H =120 M H =115 λ 1 -CL b : una misura di incompatibilita con b 1 -CL b x x x10-7 1σ 2σ 3σ 4σ 5σ λ CL s+b : una misura di compatibilita con s+b λ CL s = CL s+b / CL b da il limite inferiore sulla massa dell Higgs 16

17 I risultati dei singoli esperimenti 17

18 I risultati per i singoli canali 18

19 Il risultato combinato di LEP MH=115 CLb CLs+b Slice a MH=115 GeV 19

20 Compatibilita con il fondo 1-CL M H =115 GeV/c 2 ALEPH 3.3 x 10-3 DELPHI 0.79 L OPAL 0.50 LEP 0.09 CL s+b (Mh=115) = jets 0.05 l+ν+τ

21 Il limite combinato Exp Obs ALEPH DELPHI L OPAL LEP jets l+ν+τ

22 Gli eventi M(H)=110 M(H)=115 I primi 4 eventi mantengono il peso piu alto anche nelle analisi finali 22

23 Uno degli eventi di Aleph- 1 E LEP = b cand. HZ hyp. m H =114.4 GeV/c 2 NN = jet b-tag: Z H ZZ hyp. m Z =97 GeV m Z =94 GeV Uno sciame di 22 GeV nel SICAL che dava Evis = 252 GeV e ora sottratto da un miglior algoritmo: m H = > m H =

24 Uno degli eventi di Aleph-2 2 b cand. HZ hyp. m H =114 GeV ±3 GeV NN = jet b-tag: Z H E LEP =206.7 kin. mass fit m H =112.4GeV m Z =93.3GeV ZZ hyp. m Z =102 GeV m Z =91.7GeV 24

25 E LEP =206.7 Uno degli eventi di Aleph-3 4 b cand. m H =110 GeV ±3 GeV NN = jet b-tag: Z H kin. mass fit m H =109.1GeV m Z =92.3GeV ZZ hyp. m Z =100 GeV m Z = 99 GeV 25

26 L evento di L3 26

27 La scoperta dell Higgs? dalla fine del 2000 al risultato finale Nov 2000 Jul 2001 final 4.2 x 10-3 m H >113.5 (115.3 expected) ~0.03 m H >114.1 (115.4 expected) Cambiamenti: Probabilita del +10% fondo 1-CL 206 b (m H =115) Ebeam finale Nov calibrazioni 2000 finali dei Luglio rivelatori 2001 finale ALEPH: Aleph correlazioni in (to 2D in HWG) Hqq Delphi Hee ottimizzato Nuovo MC per sig e bkg (publ.) L3 piu MC OPAL DELPHI: miglior 0.68 stima del bgk. Nuove 0.77 analisi, massa L3: OPAL: ~ 0.09 m H >114.4 (115.3 expected)

28 L Higgs Standard Model Higgs oggi Limiti teorici EW precision V(φ)=-µ φ 2 +λ f 4 Unitarieta m(h) 154 GeV/c 2 at 95% CL DS Il vuoto EW e il minimo assoluto L(GeV) - Scale of new Physics Ricerca diretta m(h) GeV/c 2 at 95% CL EW precision measurements m(h)= 84 GeV/c

29 L accoppiamento HZZ Il limite superiore al 95%CL su (g HZZ /g SM HZZ) 2 : i.e. l accoppiamento HZZ rispetto all accoppiamento SM Da 10 a 85 GeV la σ obs e ~20 volte piu piccola di quella del SM 29