Accoppiamento con fermioni e bosoni di gauge Rapporti di decadimento Ricerca dell Higgs a LHC

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1 Accoppiamento con fermioni e bosoni di gauge Rapporti di decadimento Ricerca dell Higgs al Lep Ricerca dell Higgs a LHC 0

2 Accoppiamento dell Higgs con W e Z Lagrangiana elettrodebole invariante per trasformazione di gauge: L g' g' L i gi W ( x) Y B i Y B ( W, B ) 2 2 μ μ =Ψ γ ( ) Ψ +Ψ γ Ψ + μ μ μ L R μ μ R Lfree Sostituendo il nuovo campo dopo la rottura spontanea della simmetria ϕ( x) 1 0 = 2 v + H( x) si ottengono gli accoppiamenti dell Higgs con i bosoni di gauge H W H Z m m W Z = cosθ W W Z g HWW gv 2m gv m W = = g = = HZZ 2 2 v 4cos θ W v W 2 Z v 1 = v ( G 2 ) 246 GeV mw = 1 gv 2 1

3 Accoppiamento dell Higgs con i fermioni Dopo la rottura spontanea di simmetria, i ϕ la Lagrangiana diventa L g v g ee ee ee ee H 2 2 e e = R L + L R R L + L R 1 0 = 2 v + H termine di massa accoppiamento dell elettrone con il bosone di Higgs m e = g e v 2 L m v e = meee eeh N.B. La costante di accoppiamento è proporzionale alla massa del fermione 2

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5 Higgs production cross section at LEP 4

6 Higgs Branching Ratios 5

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8 e + X Zo X Z o * Z o H o b e - b B-tag 7

9 Aleph Higgs events 4 jet event; 2 b jet 8

10 Il segnale visto dal LEP

11 risultati finali LEPC, 3/11/2000 Q = L s+b /L b m H = GeV; Likelihood con ipotesi di segnale + background Likelihood con ipotesi di solo segnale Segnale di un Higgs di 115 GeV 2lnQ eventi reali = 7; 1 CL 3 b = ; 2.9 σ ; (poi 2.1 σ); 3/11/2000 LEPC m H > %CL Grande eccitazione all epoca tra i fisici di Lep

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13 press release 8/11/2000

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18 Parton Density Function del protone LHC e una macchina di gluoni 17

19 Higgs Boson Production at LHC 18

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21 Cross sections and rates huge range of cross section values and rate listed t d for cm 2 2 s 1 1 total σ 100 mb (10 9 Hz) b production σ 0.7 mb ( Hz) W/Z production σ 200/60 nb (2/0.6 khz) Top production σ 0.8 nb (80 Hz) SM Higgs (m H = 150 GeV) σ 30 pb (3 Hz) With branching ratios included W eν 150 Hz Z ee 15 Hz H γγ Hz

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24 Experimental conditions at LHC Le piccole sezioni d urto dei processi interessanti richiedono una grande luminosità. Questo implica delle difficoltà costruttive notevoli per i rivelatori. Very small bunch crossing separation: T=25 ns (40 MHz frequency) Multiple interaction per bunch crossing (~ 20 at L = cm -2 s 1 ) fast, high granularity detectors, fast level 1 trigger High radiation level in the hall (neutrons, photons and charge particles) radiation hard electronics high rate capability of the detectors careful study of detectors ageing high occupancy of tracking detectors (reduced efficiency and spurious hits)

25 Detector performance requirements Mass resolution (m <200 GeV) : 2 % (H γγ, 4) 10 % (W jj, H bb ) Particle identification : μ,e, γ, τ, b Lepton measurement: p T from few GeV 3 TeV (W /Z ) Calorimeter coverage : η <5 (E miss T, forward jet tag) Occupazione della camera centrale Muon spectrometer Stand alone (Motivazione storica) Accurate muon momentum measurement; Robust and flexible level 1 muon trigger

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27 AT Weigh LAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) 222 m Weigh t: 7000 t 44 m

28 The ATLAS muon Spectrometer-Side view End-cap η 1.0 Barrel (Precision Chambers) (Trigger Chambers) Interaction point Reduce hall background d from int. point (m)

29 C CMS (Com mpact M Muon Solenoid d)

30 Bosone di Higgs a LHC Natural width (GeV) Higgs Mass (GeV) LEP LHC L3 H γγ H ZZ * 4 leptons H ZZ 4 leptons H WW or ZZjj LEP: osservato un eccesso di eventi a 115 GeV γγ Decadimenti in γγ: rari, ma estremamente "puliti" se si "guarda" con un calorimetro eccellente

31 Termine costante cruciale: Rivelazione del segnale dipende dalla intercalibrazione g e dal suo controllo durante l'esperimento σ = E 2.7% E 0.5% C 150 MeV E Evidenza del segnale H γγ in ECAL risoluzione di progetto

32 SM Higgsdecay channel at LHC

33 Higgs Width vs M Higgs A basse masse (MH< GeV) la sua larghezza è strumentale Per masse più grandi la sua larghezza intrinseca è prevalente Intorno ad 1 TeV la larghezza è quasi uguale alla massa

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44 Argomenti dopo il 4 luglio. La nuova particella scoperta e veramente il bosone di Higgs? ricerca degli altri canali di decadimento misura dello spin misura del signal strength μ =σ/σ SM (la sezione d urto e funzione di m H ) Misura della massa della nuova particella Misura dei suoi accoppiamenti Ricerca di nuove particelle, ad esempio un bosone di higgs piu pesante. 43

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