L'esperimento ATLAS a LHC: risultati e prospettive. Domizia Orestano Universita' Roma Tre e INFN SIF 23/9/2013

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1 L'esperimento ATLAS a LHC: risultati e prospettive Universita' Roma Tre e INFN 1

2 Sommario Una selezione dei risultati piu` salienti dell'ultimo anno dall'esperimento ATLAS all'lhc del CERN Test sempre piu` stringenti della validita` del modello standard (elettrodebole e QCD) Studi delle proprieta` della particella piu` pesante a noi nota, il quark Top Analisi del nuovo bosone Ricerca di nuovi fenomeni (misure di processi rari, supersimmetrie, altri processi esotici...) - si vedano le relazioni di Brazzale, Dondero, Salvatore e Cairo 2

3 Il Modello Standard Il modello standard (SM) delle interazioni elettrodeboli e delle interazioni forti descrive accuratamente quanto osservato fino ad oggi Ma all'aumentare dell'energia nel centro di massa e della statistica disponibile e` possibile esplorarne la validita` in nuove regioni cinematiche anche attraverso processi nuovi Inoltre in input ha molti parametri che devono essere estratti dai dati per ridurre l'incertezza sulle sue previsioni Infine la conoscenza dettagliata dei processi standard e' a sua volta uno strumento di misura, come nel caso della luminosita' determinata tramite la produzione di bosoni Z (si veda la comunicazione di Lasagni Manghi ) 3

4 Conoscere le caratteristiche degli eventi Underlying event a 7 TeV ATLAS-CONF

5 Conoscere lo stato iniziale Probabilita` che uno stato finale derivi da interazioni partoniche doppie Dallo studio delle distribuzioni angolari relative dei jet in W+2jets vs 5

6 Conoscere lo stato iniziale Esempi di misure sensibili alle distribuzioni partoniche: EPJC (2013) Sezione d'urto inclusiva di jet a diverse energie 6

7 Conoscere lo stato iniziale Esempi di misure sensibili alle distribuzioni partoniche: Produzione di fotoni+ jet Nucl. Phys, B 875 (2013)

8 Conoscere lo stato iniziale Esempi di misure sensibili alle distribuzioni partoniche: W+heavy flavor ATLAS-CONF DY alta massa ATLAS-CONF arxiv: JHEP 06 (2013) 084 8

9 Misure di costanti di accoppiamento Alpha strong ATLAS-CONF ATLAS-CONF Angolo di Weinberg ATLAS-CONF Si veda la comunicazione di G.C.Grossi 9

10 Misurare nuovi processi Produzione multi-bosonica: Un fondo importante alle ricerche di Higgs e di nuova fisica Un test del modello dalla misura degli accoppiamenti trilineari ATLAS-CONF Phys. Rev. D 87, (2013) ATLAS-CONF Phys. Rev. D 87, (2013) 10

11 Misurare nuovi processi Il decadimento del bosone Z in 4 leptoni Candela di riferimento per la scala di energia di H in 4 leptoni ATLAS-CONF arxiv:

12 Top Studio della produzione forte Studio della produzione elettrodebole Proprieta` del quark top In ATLAS prodotti ~5.5M di coppie e 2.6M di quark singoli a 8 TeV ~0.9M di coppie e 0.4M di quark singoli a 7 TeV Ma stati finali complessi di difficile identificazione 12

13 Sezione d'urto ttbar 13

14 Sezione d'urto ttbar Nuovo risultato sul campione completo a 8TeV nel canale dileptonico elettronemuone ATLAS-CONF ATLAS-CONF Purezza molto elevata 89% nel canale con un jet b-tagged 96% nel canale con due jet b-tagged ATLAS-CONF

15 Sezione d'urto differenziale ATLAS-CONF Si veda la comunicazione di Romano 15

16 Asimmetria di carica In collisioni protone-antiprotone In collisioni protone-protone ATLAS-CONF

17 17 Top singolo: canale Wt

18 Top singolo: t-channel ATLAS+CMS CMS PAS TOP ATLAS-CONF

19 Top singolo: tutti i canali 19

20 Massa del top Misure piu` recenti: canali l+jets e dileptonico ATLAS-CONF ATLAS-CONF

21 Combinazione ATLAS+CMS CMS PAS TOP ATLAS-CONF

22 Il bosone di Higgs del Modello Standard Malgrado i suoi successi degli ultimi decenni allo SM mancava l'osservazione della particella coinvolta nella rottura della simmetria elettrodebole La scoperta annunciata il 4 luglio 2012 di un nuovo bosone ha comportato nel corso dell'ultimo anno Consolidamento del risultato con la statistica completa Estensione dell'analisi anche ad altri canali di produzione e di decadimento Confronto con l'intensita' prevista dal modello Studio delle proprieta` della particella Massa, connessa a sezione d'urto e a rapporti di decadimento Spin CP 22

23 Produzione a LHC Processi dominanti: Gluon-gluon fusion Vector boson fusion Produzione associata con bosoni vettori Produzione associata con quark pesanti (top) 23

24 decadimenti Tree level 1 loop 24

25 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv:

26 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv:

27 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv: Si veda anche la comunicazione di Mazza 27

28 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv:

29 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv: Si veda anche la comunicazione di Pinamonti 29

30 Accoppiamenti del bosone di Higgs SM arxiv:

31 Evidenza per spin 0 Analisi delle distribuzioni angolari nei canali in cui si osserva il segnale Test di ipotesi arxiv:

32 Evidenza per spin 0 H->ZZ*->4 leptoni: discriminante arxiv: costruito con 5 angoli e 2 masse 32

33 Evidenza per spin 0 H->WW*->lnulnu: discriminante costruito con le osservabili legate ai due leptoni carichi arxiv:

34 Evidenza per spin 0 arxiv: Si vedano anche le comunicazioni di Bruscino, di Cirotto e di Gustavino 34

35 Ricerche di nuovi fenomeni Fenomeni non previsti dal modello standard vengono ricercati attivamente Nell'analisi di processi rari, dove nuovi stati pesanti si manifesterebbero attraverso processi virtuali, e.g. correnti neutre con variazione del sapore Cercando la produzione di nuovi stati previsti da teorie Supersimmetriche (si vedano le comunicazioni di Brazzale e di Dondero) Esotiche (si vedano le comunicazioni di Cairo e di Salvatore) 35

36 36 Ricerche di particelle esotiche

37 37 Ricerche di particelle supersimmetriche

38 Conclusioni A 9 mesi dalla conclusione della presa dati pp del Run I ATLAS ha completato l'analisi di tutta la statistica nella maggior parte dei canali di ricerca e ha consolidato molti risultati di analisi di precisione Il prossimo anno sara` dedicato al completamento dell'analisi del Run I, con la pubblicazione dei risultati conclusivi a 7 e 8 TeV e alla preparazione delle analisi alla nuova soglia di energia che si aprira` nel 2015 Naturalmente l'evoluzione in energia e luminosita' coinvolge non solo la macchina e l'analisi dei dati ma anche il rivelatore, come discusso nella relazione di Iodice e nei contributi di Gaudiello, Biondi e Santini 38