Bibliografia : lavori originali ATLAS + CMS; lezioni P.Mattig ai summer student CERN La fisica di LHC. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 1

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1 Bibliografia : 2012 lavori originali ATLAS + CMS; lezioni P.Mattig ai summer student CERN La fisica di LHC Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 1

2 La fisica di LHC - sommario (_ ) confronto pp ee; _ confronto pp pp; caratteristiche degli eventi a LHC; la sezione d urto totale tot (pp)elafisica ln (s) ; produzione di jet di QCD; produzione inclusiva di di alto p T ; il processo di Drell-Yan : produzione di W ± ez; quark pesanti (b, t); il bosone di Higgs a LHC [altro capitolo]. p p [non vengono qui discusse le ricerche di nuova fisica oltre il modello standard (ex. SUSY, extra-dimensioni, IVB sequenziali, ), che formano gran parte degli studi attuali delle collaborazioni; il motivo è sia la complessità matematica di queste teorie, sia il desiderio di puntare sugli aspetti più propriamente sperimentali] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 2

3 perché L 10 34? ( argomento qualitativo ) sezione d urto di un processo di canale s : K g 2 / s; K : fattori adimensionali piccoli (ex. ); g : costante di accoppiamento dell interazione; s : energia 2 nel CM del processo puntiforme; Ex. [e + e - * + - ] = 4 / 3 2 / s. e + e - * + - formazione nel canale s di una risonanza di massa m x = 100 GeV (s = m x2 ) : g ~ 10-2 ; m x ~ 100 GeV; K g 2 / m x2 ~ [0.389 GeV 2 mbarn] 10-4 / cm 2 ; [molte altre complicazioni : funzioni di struttura partoniche, BR di decadimento, accettanza rivelatore, tagli di analisi, ma l argomento è qualitativo] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 3

4 collider adronici e + e - -1 Molte differenze : [in quel che segue, pp anche pbar p] in e + e -, s fissata dalla macchina, uguale in tutti gli eventi; in pp, ad alto p T ŝ differente per ogni evento (funzioni di struttura); perciò l energia vera dei collider adronici è molto inferiore a quella nominale; in e + e - fit cinematici, trigger, in 4D; in pp partoni spettatori, solo dimensioni trasverse (p T ):2D; risultato tipico : M Z (LEP I) = 2 MeV, M Z (LEP II) > 80 MeV; LEP I, e+e- Z m Z da s (LEP) larghezza = Z LEP II, e+e- Z m Z da massa combinata larghezza = Z Z Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 4

5 collider adronici e + e - -2 [in quel che segue, pp anche pbar p] tot piccola (pb) a LEP, andamento ~ 1/s, dominata da processi ad alto Q 2 di canale s; tot elevata (mb) in pp, andamento costante in s, dominata da processi a basso Q 2 di canale t (Rutherford); Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 5

6 collider adronici e + e - -3 [in quel che segue, pp anche pbar p] perciòine + e - gli eventi sono pochi (frequenza tipica 1 Hz) e tutti interessanti (trigger di evento); in pp il rate è ~ 10 9 Hz, gli eventi ad alto Q 2 sono rari (Hz) trigger di alto p T ;. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 6

7 collider adronici e + e - -4 ex. : (LEP II, e + e - hadr., s = 200 GeV) 100 pb; (LHC, pp totale, s =14TeV) 100 mb; (LHC, pp jet X, E jet T > 250 GeV) 100 nb; selezione stati finali rari più semplice in e + e - ; [in quel che segue, pp anche pbar p] principale vantaggio in pp : in collider circolari di raggio R : W Larmor =1/(6 o c 3 )e 2 a 2 4 E(1 orbita) = 1/(3 o )e 2 E 4 /(Rm 4 ) E(1 orbita, pp) = E 4 /RKeV[E p in TeV, R in Km); E(1 orbita, e + e - ) = E 4 /RMeV[E e in GeV, R in Km); E(LEP I, e + e -, s = 90 GeV) = 121 MeV; E(LEP II, e + e -, s = 200 GeV) = 2.5 GeV; E(LHC, pp, s = 14 TeV) = 6.9 KeV. ~ !!! Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 7

8 collider adronici e + e - -5 [in quel che segue, pp anche pbar p] in pp, non serve spazzolare in s : le funzioni di struttura provvedono tutti i valori di ŝ per la stessa s; si può definire una luminosità differenziale dl i /d ŝ per partoni di tipo i (quark, gluoni) in funzione di ŝ allo stesso s ; tuttavia dl i / d ŝ, integrata per piccoli intervalli di ŝ, è piccola; inoltre decresce per ŝ s (v. funzioni di struttura); un adrone è un piccolo fascio di molti partoni differenti (valenza, mare, gluoni); molti stati iniziali sono contemporaneamente disponibili in pp [tuttavia, l analisi è più complicata]. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 8

9 collider adronici e + e - - conclusione personale [in quel che segue, pp anche pbar p] a tecnologia e costi paragonabili, un collider pp : è più difficile da costruire (sia l acceleratore, sia i rivelatori [vedi]); dà più energia ( s, tuttavia ŝ...) ; ha analisi più complicata, con maggiori errori sistematici; ha una maggiore varietà di stati iniziali e finali; pertanto : e + e - e pp sono macchine differenti, con pregi e difetti complementari; pp è più adatta per prime ricerche di nuova fisica, e meno utile per studi sistematici e misure di precisione; la strategia ottimale per macchine multipurpose è una macchina adronica di esplorazione, seguita da una e + e - per studi sistematici (babar, da ne sono un altra storia). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 9

10 collider adronici : pbar p pp pp ha alcuni svantaggi rispetto a pbar p : due anelli magnetici indipendenti; ŝ efficace più piccola per stati finali con n barionico =0 (in pp le collisioni valenza-valenza hanno n b >0); tuttavia, c è un vantaggio : gli antiprotoni vanno fabbricati (a SppS da collisioni pp, 1 pbar / collisioni pp); gli antiprotoni vanno accumulati e conservati (AA, stochastic cooling, van der Meer); la necessità di alta luminosità rende impossibile l opzione pbar p all energia di LHC. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 10

11 processi di LHC [nb] tot b jet (E T jet> s/20) W Z jet (E T jet>100 GeV) TeVatron LHC R@L=10 34 cm -2 s -1 [Hz] NB - TeVatron è pbar p, e LHC pp t jet (E T jet> s/4) H (m H =150 GeV) H (m H =500.1 GeV) 1 10 s [TeV] NB : luminosità effettiva, efficienza di macchina, accettanza, trigger, efficienza di selezione, decadimenti,, Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 11

12 frequenze tipiche di LHC anno medio ~ 10 7 s; L~ cm -2 s -1 ; L int ~ 100 fb -1 ; l ultima colonna include una stima (grossolana) delle efficienze di rivelazione; ovviamente, non tutti gli eventi saranno registrati (v. trigger). Processo (pb) eventi / s [10 34 cm -2 s -1 ] eventi / anno eventi W e Z e + e t tbar b bbar ~~ g g (SUSY) [m g ~ =1 TeV] Higgs [m H =200 GeV] jets [p T >200GeV] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 12

13 approccio differente : inclusivi d /dp T [ b/gev] <2.7 /K b c shower punch-through W Z/ * t osservazioni : non- importante solo a p T < 5 GeV; /K principale processo a p T < 10 GeV; per p T > 10 GeV, principale processo b/c ; 10-4 W/Z è chiaramente visibile; t ~1% per p T > 30 GeV p T [GeV] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 13

14 caratteristiche dei rivelatori risoluzione (ex. in massa combinata) : migliora linearmente il rapporto s/b, se la larghezza intrinseca del segnale è piccola rispetto a quella sperimentale (ex. Higgs); accettanza a 4 (necessaria sia per efficienza, sia per buon calcolo di E TM ); velocità di trigger, lettura, registrazione : indispensabile (ex. il I livello deve decidere in 25 ns - oppure andare in parallelo); resistenza alla radiazione di fondo (vedi rivelatori); reiezione e/ = (ATLAS inner + calo, solo calo ); reiezione /jet = (ATLAS inner + calo, solo calo ); b-tag = 50% efficienza, 10 2 reiezione (CMS inner, ATLAS vedi oltre). maggiori dettagli nella parte sui rivelatori, esempi nel seguito per alcuni processi (ex. Higgs). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 14

15 tot (pp) [ luminosità ] teorema ottico (meccanica quantistica) : 4 16 ( c) [ drel dt] t 0 tot ( pp) [ fel ( k, 0)] 2 ove: k (1 ) ( Rel Rinel ) k = momento nel CM (= s/2); R el, R inel = frequenze di eventi elastici (pp pp) e inelastici (il resto); dr el /dt t=0 = estrapolazione di dr el /dt a t=0 (cioè =0); = f(k,0) / f(k,0) dalle relazioni di dispersione; misura complicata (cfr. UA4 al SppS), errore 5-10%; Luminosità = R tot / tot (cfr. LEP); altre misure della luminosità : dai parametri del fascio (n p, x. y, ); da una sezione d urto calcolabile L = N x / x (=LEP); processi candidati : [pp WX, W e ], [pp ZX, Z ee], 2 Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 15

16 fisica ~ ln(s) a LHC modellino : il protone è una sferetta (semi-)rigida di raggio r [r 1/m ] : tot (pp) = r 2 = ( c/m ) 2 = (197 MeV fm / 140 MeV) 2 = 62 mb (incredibile); teorema di Froissart (teoria dei campi + unitarietà) : lim s tot cost (ln s) 2 ; teorema di Pomerančuk (specializzato al caso pp) : lim s tot (pbar p) / tot (pp) = 1; modelli fenomenologici, per studiare le interazioni a basso p T ( poli di Regge, pomeroni, spazio delle fasi cilindrico, ); commenti (molto personali) : fisica nata molti anni fa (ISR del CERN), prima dell avvento della QCD; scarsi fondamenti concettuali, ma molti successi fenomenologici; restano molti misteri (forse nessun mistero, sono solo interazioni complesse a molti corpi - cfr. la chimica); uno degli scopi è capire il fondo della fisica interessante. p p Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 16

17 distribuzioni inclusive : cinematica particella (o jet) dello stato finale, {E, p x,p y,p z,m}(m 2 =E 2 -p 2 ): m T = massa trasversa m T2 =m 2 +p x2 +p2 y [z asse del fascio]; y = rapidità y=½log[(e+p z ) / (E-p z )]; = pseudo-rapidità = - log [tan ( /2)]; x = x di Feynman x=p z /( s/2); si dimostra che : E=m T cosh (y); p z =m T sinh (y); p p T y=log[(e+p z )/m T ] = tanh -1 (p z /E); p>>m, y. p z z data una L-trasformazione lungo l asse z di velocità z, si dimostra che : y = y - tanh -1 z [i.e. y è la variabile il cui differenziale dy è invariante per trasformazioni di Lorentz lungo l asse z.]. Analogamente dy = dp z /E. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 17

18 = - ln tan ( /2) ( ) x,y =2 atan(e - ) =0 =1 =2 =3 =4 z (la scala in è molto espansa vicino a 0 ) Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 18

19 sezione d urto totale a LHC tot (pp, s=14 TeV) 100 mb [vedi fig. precedenti]; 1/ d /dy costante; N tot 80. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 19

20 distribuzioni in /p T a LHC notare i plateau [ATLAS e ALICE simili] NSD = non-single diffractive. notare ln 2 s Paolo Bagnaia - Interazioni adroniche 20

21 distribuzione in p T p T CDF, s = 1.8 TeV la distribuzione in p T (rispetto alla linea dei fasci) degli adroni di stato finale mostra un andamento ~esponenziale, con pendenza di qualche 100 MeV; è una conseguenza del tipo di interazioni (grande distanza basso p T ); le collisioni dure sono invece caratterizzate da alto p T ; il valore di p T degli adroni di stato finale è una buona variabile di selezione. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 21

22 ipotesi: conseguenze di tot per gli esperimenti [ovviamente, la misura di tot (pp) è interessante di per sé; qui si studia solo il disturbo che la maggior parte delle interazioni danno alla analisi delle collisioni ad alto p T ] r incrocio = incroci/s; L = cm -2 s -1 ; tot 100 mb (=10-25 cm 2 ); conseguenze : R interaz. =10 9 Hz; L 1incr = cm -2 s -1 ; n = 25 eventi / incrocio; n anelast = 20 eventi / incrocio; N ± partic / incrocio; dn ± /d 100 / incrocio; W rivel. 3KW; s 2incr =25ns c=7.5m; [in altri termini : i secondari si riversano a ondate di ~1000 ± (+ altrettanti ) ogni 25 ns, distanziate di 7.5 m; i rivelatori devono avere una risoluzione temporale e spaziale adeguata (e resistenza alla radiazione!!!)] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 22

23 sezione d urto inclusiva la produzione di particelle singole e di jet in interazioni adroniche di alta energia è spesso discussa in termini di sezione d urto inclusiva : 3 Ed dp dp dp x y z p T d dp 3 T d dy φ d 2 dp 2 T dy F( s, p T, y). la ragione è che considerazioni fenomenologiche (x-scaling), confermate dai dati, indicano che ad alte energie d /dy costante (vedi prossima pagina); spesso, sotto ipotesi di fattorizzazione della funzione F(s,p T,y), si pubblicano le distribuzioni d /d, d /dp T ; per la produzione di jet, è comune mostrare d /dp T =0,cioèa = 90 ; m T2 =m 2 +p x2 +p y2 ; y=½log[(e+p z ) / (E-p z )]; = - log [tan ( /2)]; x=p z /( s/2). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 23

24 processi adronici [vedi in precedenza] i processi adronici ad alto p T possono essere calcolati nell ambito del quark-parton model, utilizzando una parametrizzazione delle funzioni di struttura, basata sulle misure a bassa energia e sull evoluzione GLAP; la collisione dura tra partoni è calcolabile in QCD perturbativa; all ordine più basso (tree-level), 8 processi elementari 2 2 [vedi pag seguente]; ordini superiori potenzialmente calcolabili; in pratica calcoli molto complicati; però danno correzioni importanti ( s grande); scala di Q 2 (mistura incoerente di molti processi); nella misura : pochi problemi di statistica (punti fino a p T s/5); scala di energia dei jet; particelle a grande distanza dall asse del jet. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 24

25 interazioni adroniche ad alto p T Ex. jet p ( ) p x i x k ˆ j m spettatori spettatori D D jet 1 adroni dello stato finale (singoletti di colore) jet 2 pp jet jet dx dx F x Q F x Q ik jm sˆ sx x p 2 p 2 ( 1 2 ) (, ) (, ) ˆ( ; ). ik, i k i i k k i k Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 25

26 QCD perturbativa LO : 8 processi a 4 partoni processo ( _ ) ( _ ) f( =90 ) qq qq ( s u )/ t qq qq ( s t )/ u ( s u )/ t 2 s /3ut qq q q ( t u )/ s qq qq ( t u )/ s ( s u )/ t 2 u /3st 5.83 _ qq gg 8/3 ( t u )[1/( tu) 9/(4 s )] 2.33 _ d d f s t u s 2 / s (,, )/(9 ) gg qq 3 / 8 ( t u )[1/( tu) 9 /(4 s )] 0.33 ( _ ) ( _ ) gq gq ( s u )[9/(4 t ) 1/( su)] gg gg 81/ 8 [3 ut / s su / t st / u ] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 26

27 QCD pertutbativa : jets un jet di particelle collimate di alto p T è la manifestazione nello stato finale di un partone uscente da una collisione dura, calcolabile in QCD perturbativa; pbar p jet X a più energie : s = 45, 63 GeV (ISR); = 546, 630 GeV (SppS); = 1.8 TeV (Fermilab). talvolta in ascisse la variabile di scaling x T =2p T / s. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 27

28 jets a s = 14 TeV : previsioni LHC 0.1 nb 1 L=10 34 cm -2 s -1. la produzione adronica di jet di alto p T è il fenomeno numericamente dominante ad alta E T : interessante di per sé, come test della QCD; principale fondo di tutte le ricerche (ex. Higgs); abbondanza anomala ad alto p T sottostruttura (cfr. Rutherford). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 28

29 massa combinata jet-jet (previsioni) m(j 1 j 2 ) ŝ; ogni particella nuova 2jet, picco di risonanza : Z, W, ; Q Qbar nuovi; deviazioni ad alta massa sottostruttura; fondo importante per tutte le ricerche. LHC Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 29

30 LHC : produzione di jet esistono molti stati iniziali partonici : qq q = q ; q q ; q qbar q = qbar, q qbar ; qbar qbar qbar = qbar, qbar qbar ; q g; g qbar; g g; qg (ad alta E T ) e gg (a bassa E T ) sono i più frequenti. s =14TeV, jet < 2.5. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 30

31 jets : confronto Fermilab LHC calcoli pqcd d 2 /dp T d =0 a s = 1.8 TeV (Fermilab) = 14 TeV (LHC) 0.1 nb 1 L=10 34 cm -2 s -1. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 31

32 d /dp T jets s = 7 TeV; errori includono la scala di energia del calo (ad oggi ~7%). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 32

33 d /dp T + d /dm jj jets ad alto p T s =7TeV; combinazione di trigger differenti a differenti p T ; errori includono la scala di energia del calo (ad oggi ~7%). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 33

34 pp X ( fotone isolato ) q q q g q q q g q g q q [+q qbar] i sono irraggiati da (anti-)quark; Compton (sx) dominante annichilaz. (dx); calcolabile in QCD + QED; possibile separare quark / gluoni ( jet); misurae e.m. migliore errore misura piccolo; no frammentazione err. sistematico piccolo; raro( QED em < QCD s ) err. stat. più grande. Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 34

35 il processo di Drell-Yan p spettatori x i e +, + * ( ) p x k spettatori e -, - Drell-Yan hanno calcolato il processo : q qbar * l + l -, l =e,,. per estensione, ai collider adronici, si chiamano D.-Y. anche : ūd W - l -, qbar q (+cc), ūu Z l + l -,, qbar q (+ u) per ulteriore estensione, talvolta si chiamano D.-Y. anche tutti gli altri processi che portano alla produzione di una coppia fermione-antifermione attraverso un bosone vettore delle interazioni elettro-deboli ( *,Z,W ± ). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 35

36 asimmetria dei W in pbar-p il processo valenza-valenza produce una caratteristica asimmetria di carica nel decadimento dei W, dovuto alla dinamica V-A delle interazioni deboli cariche ( denota lo spin, ricordare che i fermioni di massa nulla hanno elicità -va e gli antifermioni +va). a Fermilab, il processo dominante non è valenzavalenza, ma gluone-valenza; l asimmetria è fortemente diminuita; a LHC, lo stato iniziale non è carica-simmetrico; il W + è favorito, specie ad alto x, ove i quark di valenza sono importanti (vedi pag. seguente); l analisi distingue W a basso p T (qqbar W) da W adaltop T (qg Wjet). pbar p ū d W - e - bar pbar p dbar u W + e + Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 36

37 calcoli pqcd pp W ± ; W ± l ± y W = rapidità del W; notare : distribuzione simmetrica; (W + ) > (W - ), specie a y W grande. lepton = pseudo-rapidità del leptone; notare : tagli di selezione indicati; riduzione della (eff. di selezione). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 37

38 misura di m W a LHC ATLAS afferma di saper ricostruire m TW, in modo da misurarne la massaa±20 25 MeV; poiché gli errori sono di natura prevalentemente sistematica, la misura sarà effettuata nella prima fase di LHC, a luminosità ancora mah??? (scritto nel 2008) bassa (~10 33 cm -2 s -1 ); tale misura di m W consentirà di ridurre l errore su m Higgs a ±30% con il fit elettro-debole; rispetto a LEP, le macchine adroniche hanno un errore su m Z molto maggiore ( mw ) : possono misurarla per capire il metodo. calcoli pqcd + mc rivelatore ATLAS Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 38

39 W : massa trasversa eor with p T >20 GeV, E T miss >25GeV e Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 39

40 misura di m W a LHC - sistematiche ATLAS calcoli pqcd + mc rivelatore Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 40

41 m W, W (2012, no LHC) Higgs leggero!!! Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 41

42 p TM e asimmetria del W a LHC NON è violazione di P!!! A N N ( ) N ( ) ( ) N ( )??? pdf??? ricordare : picco jacobiano + effetti del rivelatore. W + +, asimmetria maggiore ad alto (valenza-mare, 2 u v 1d v ). Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 42

43 bosone Z a LHC - CMS un capolavoro tecnico (pqcd + mc-rivelatore + analisi) Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 43

44 Z e + e - / + - [MC] [MC] un capolavoro tecnico (pqcd + mc-rivelatore + analisi) Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 44

45 (W ), (Z) ATLAS : W W + Z W - Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 45

46 (W ), (Z) Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 46

47 p T W/Z W Z Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 47

48 quark pesanti a LHC elevata (molto simile) per b/c; [fisica del b, in particolare CP violation vedi babar]; fisica del quark top. SppS TeVatron LHC Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 48

49 d / dp T per c,b,t d /dp T differente per b/c e top; LHC a p T > 250 GeV, top/b > 1/10; calcoli s=14tev Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 49

50 b-tag ATLAS : efficienza per b ( b ) vs reiezione per non-b (R); le linee mostrano R per la scelta b = 50%; [ricordare t b Cabibbo favorito]; ATLAS MC rivelatore Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 50

51 =x 1 x 2 =ŝ/s; ad alto [=alta m 2 (t tbar)], domina lo stato iniziale q g (flavour excitation) produzione di coppie t tbar calcoli s=14tev Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 51

52 produzione singola di top sempre mediata da una corrente debole carica, tramite un W (reale o virtuale); non trascurabile (per confronto, QCD (t tbar) = 833 pb; sensibile all elemento V tb della matrice CKM; sensibile a nuova fisica (W? altri quark?). = 244 pb calcoli QCD = 60 pb = 10 s=14tev Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 52

53 decadimento debole del top nel MS, t Wb dominante (V tb 1); conseguenza per coppie t tbar : solo jet 2/3 [inclusi i ]; 1 l ± +E TM 2/9; [attenzione ai decadimenti semileptonici del b ql ]; selezione l ± + energia mancante più facile, canali preferiti; [selezione di coppie t tbar importante per la ricerca di Higgs (v. oltre)]. W + f bar t f b Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 53

54 selezione di eventi t (esempio TDR) esempio di selezione di eventi t : trigger : leptone isolato di alto p T (meglio ± ) da W l ± ; E TM ; b tag (due volte); l ± con p T > 10 GeV; 3 jet, p 1,2,3 T > 40 GeV, 1,2,3 < 2, 1 b-tag, m(jj) = m W ; risultato (mc) : s / b > 1; stat (m) 10 GeV; controllo sistematiche con W q qbar. ATLAS calcoli s=14tev + mc rivelatore Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 54

55 ATLAS + CMS : top dati s=7 TeV s ~2TeV Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 55

56 misura di m top nel fit e-w a m Higgs, (m W ) = 20 MeV porta lo stesso errore che (m top ) = 2 GeV; vari metodi per misurare m top ; il più ovvio : canale semileptonico t tbar W + W - l ± b bbar jet 1 jet 2 ; si calcola p L col vincolo di m W l ± ; restano 2C : W b jet 1 jet 2 e m top = m top bar ; previsioni : m t = m ricostruita -m vera [calcolabile]; m t = errore sist. mc rivelatore Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 56

57 misura di m top da coppie di alto p T altro metodo (più furbo) : selezionare coppie t tbar con alto p T (~ 15% del totale); riduzione del fondo combinatorio (si sa chi è chi); stessa analisi del caso precedente; previsioni : m t = m ricostruita -m vera [calcolabile]; m t = errore sistematico. mc rivelatore Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 57

58 misura di m t - metodo _ t Wb ƒƒb problemi : p l [ fit evento con vincoli m W ]; accoppiamento corretto dei jet ( 4 jet/evento) [ fit : m t1 =m t2 ]; scala di energia dei jet [ fit : m(jj)=m W ]. dati s=7 TeV Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 58

59 misura di m t ATLAS + CMS + Tevatron (primavera 2012) m W m t m H Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 59

60 misura di m t ATLAS + CMS + Tevatron m W m t m H Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 60

61 altre misure nel settore del quark top (pp t tbar X) : test della QCD perturbativa; sensibile a nuova fisica; funzioni di struttura ad alto x, Q 2 (gluone); risonanze t tbar (ex. anomalo : Higgs); V tb : compatibilità con matrice di CKM; nuove famiglie; nuova fisica : FCNC (ex. t Zq); settore di Higgs esteso (t H + b); ATLAS s=14tev + mc rivelatore esempio : m(t t bar ) ricostruita, in presenza di uno stato legato stretto con m = 1.6 TeV, [uno dei principali campi dei primi anni di LHC, a bassa luminosità] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 61

62 la fisica del bosone di Higgs a LHC Significanza statistica H, WH, tth (H ) tth (H bb) H ZZ (*) 4l ± H WW (*) l + l - H ZZ l + l - H WW l ± jj totale 5 ATLAS 1 Ldt = 100 fb m 1000 H [GeV] Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 62

63 Fsp (,, y). T Fine - Fisica di LHC Paolo Bagnaia - La fisica di LHC 63