Accoppiamenti fra bosoni di gauge e stati finali a quattro fermioni a LEP2 Paolo Azzurri Pisa Lecce, 24 Aprile 2003 IFAE - XV Incontri sulla Fisica delle Alte Energie
Sommario Accoppiamenti di gauge nel Modello Standard Produzione di coppie di W e W singoli Decadimenti del W Accoppiamenti di gauge carichi Produzione di bosoni neutri Z,γ Accoppiamenti di gauge neutri Conclusioni Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 2
Accoppiamenti tra bosoni di gauge elettrodeboli Parte bosonica della lagrangiana elettrodebole U(1) SU(2) Accoppiamenti trilineari e quartici tra bosoni di gauge SU(2) W + W + W + W + γ /Z γ /Z (W 3 ) W W W W γ /Z La firma della struttura non-abeliana SU2 del modello elettrodebole di gauge! Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 3
Produzione di coppie di W Modello Standard a livello albero: diagrammi CC03 e ν e W Andamento ad alte energie : σ ( s) ~ s 4 m W σ ( s) ~ ln( s) s e + W + e γ W + σ ( s) ~ s 4 m W Coppie di bosoni (Wγ, Zγ, WW, WZ) ai collider adronici e + e e + Z 0 W W + W σ ( s) ~ s 4 m W {CDF, Phys.Rev.Lett.74,1936 (1995)} nessun segnale prova dell interferenza distruttiva sul diagramma canale-t {CDF, Phys.Rev.Lett.78,4536 (1997)} evidenza di produzione di coppie di W σ(ww)=10±6 pb Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 4
Selezione di coppie di W Number of Events / 0.2 250 200 150 100 50 (d) qqqq data M.C. signal M.C. background L3 Canale 0-6.6-5.4-4.2-3 -1.8 ln(y 34 ) efficienza purezza fondi lνlν 50-80% 80-90% ττ,γγττ,llνν eνqq 75-90% ~90% qq,zee µνqq 75-90% ~95% qq -1 ~ 700 pb per esperimento a τνqq 50-80% 80-85% qq,weν s = 161 209 GeV qqqq 80-90% 75-80% qq Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 5
Sezioni d urto WW Accordo con SM a chiaro sostegno degli accopiamenti di gauge SU(2)xU(1)! m W = 80.40 ± 0.22 GeV/c 2 Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 6
Sezioni d urto WW Precisione sperimentale globale al 1% (1.1% = 0.65% stat + 0.90% syst) Test delle correzioni radiative O(α) ai diagrammi CC03 DPA-LPA O(α) calcolati da : RacoonWW, YFSWW effetti del ~2-3% su σ WW ~1% su dσ/dθ W Incertezza teoriche ora al ~0.4% Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 7
Rapporti di decadimento del W Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 8
Universalità CC di quark e leptoni e µ τ q test dell universalità CC leptonica e/µ al 1.0% test dell universalità CC leptonica τ/µ,e al 1.4% W test dell universalità CC fermionica l /q al 0.7% ν e ν µ ν τ q Miglior test dell universalità delle correnti cariche deboli alla scala elettrodebole (m W )! Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 9
Decadimenti adronici del W e mixing CKM Br(W hadr) 1- Br(W hadr) α = S ( m 1 π W ) V i= u, c j= d, s, b ij 2 [ ( ) = 0.121± 0.002] α S m W [ ] 2 2 2 2 2 V V + V + V + V = 1.048 ± 0.007 ud + us ub cd cb V ij i= u, c j= d, s, b 2 = 2.039 ± 0.025 V cs = 0.996 ± 0.013 Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 10
e + e Produzione di W singoli W e + ν e e + ν e e + ν e W f 2 γ/z W f 2 γ/z f 1 f 1 e e e e Canale efficienza Purezza fondi eν ~70% ~ 60% Zee,Zγ,ll µν ~60% ~60% τν ~30% ~50% qq ~40% ~40% lνqq, ννqq Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 11
Sezioni d urto di W singolo In accordo con la teoria all 8% Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 12
Accoppiamenti di Gauge Carichi κ λ γ γ κ λ γ γ κ γ λ γ Z g 1 3 parametri per accoppiamenti di gauge anomali che conservano C e P, U(1) em e SU(2) L U(1) Y globale κ γ λ γ Z g 1 Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 13
Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ Fit di σ(tot) e degli angoli di produzione e decadimento in eventi WW Weν ννγ likelihood monodimensionali per i parametri (i fotoni singoli non sono combinati) Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 14
Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ Likelihood bi-dimensionali per i tre parametri Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 15
Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ Risultati dei fit monodimesionali Limiti su accoppiamenti di gauge anomali che conservano C e P ad un livello di precisione del 2-5% Studi in corso sulle importanti incertezze delle correzioni radiative O(α) fra W e fermioni finali (0.7% sulla slope di cosθ W ) Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 16
Sezioni d urto WWγ Definizione del segnale: tutti i 4fγ con E m γ cosθ cosθ ff' > 5 GeV γ fγ m W < 0.95 < 0.95 < 2Γ W Misure di L3 e DELPHI In accordo con la teoria entro il 20% Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 17
Accoppiamenti Quartici di Gauge (WWγγ, WWZγ) I contributi SM non sono misurabili a LEP2: ricerca di contributi anomali ad una scala di nuova fisica Λ parametrizzati con a 0 /Λ 2 a c /Λ 2 a n /Λ 2 W W a 0, ac a W n a W 0, a W c Fit di E(γ) e σ(tot) in eventi WWγ; di m(γγ) e σ(tot) in ννγγ Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 18
Produzione di coppie di Z e + e Z 0 Z 0 e Z f 2 e Z f 2 e + e Z f 2 f 1 f 1 e + e Z f 2 f 1 f 1 Canale efficienza purezza fondi llνν 25-45% 50-30% WW llqq 60-70% 85-75% Zee,Zγ qqνν 50-65% 50-40% qq,ww,weν qqqq 30-50% 50-20% qq,ww Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 19
Produzione di coppie di Z In accordo con la teoria al 5% Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 20
Produzione di Z singole e + e + + - + Ze e qqe e, µ µ e + e - segnale: tutti i diagrammi 4f dello stato finale con - M(qq), M(µµ) > 60 GeV - θ(e+)<12º, 12º<θ(e-)<120º, E(e+)>3 GeV [+CC] [θ(e-)>168º, 60º<θ(e+)<168º, E(e-)>3 GeV ] {un e± visibile e l altro invisibile ed energetico} Canale muonico Zee (ALEPH +DELPHI ) : σ(zee μμee) = 0.063±0.011 pb a s = 197 GeV e + e + - + Zγ e e qq, µ µ qq segnale: tutti i diagrammi 4f dello stato finale con - M(qq)> 10 GeV, M(ll) > 5 GeV - cosθ(l) <0.95 {2 leptoni visibili} Misure con questa definizione sono in arrivo... Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 21
Produzione di Z singole Canale adronico Zee : DELPHI + L3 In accordo con la teoria all 8% Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 22
Accoppiamenti di Gauge Neutri I contributi SM sono nulli Fit di σ(tot) e degli angoli di produzione in eventi ZZ Zγ V*= Z*,γ* Accoppiamento V*ZZ parametrizzato con f V i Accoppiamento V*Zγ parametrizzato con h V i Esempio di fit a 2 dimensioni con correlazioni Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 23
Accoppiamenti di Gauge Neutri risultati dei fit combinati monodimesionali ai 12 parametri likelihood monodimensionali per i parametri f Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 24
Accoppiamenti Quartici di Gauge (ZZγγ) I contributi SM sono nulli: ricerca di contributi anomali con a 0 /Λ 2 a c /Λ 2 Fit di E(γ), m(γγ) ed alle σ(tot) in eventi ZZγ ννγγ Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 25
Conclusioni Le misure delle produzioni di bosoni di gauge e stati finali 4f a LEP2 hanno prodotto risultati fondamentali per la conoscenza del modello elettrodebole Una prova chiara delle presenza degli accoppiamenti trilineari di gauge elettrodeboli secondo la struttura SU(2) U(1) Un test di precisione (1-10%) delle produzioni di bosoni elettrodeboli, in coppie e singoli, secondo le previsioni SM Una misura indipendente della massa del W alla soglia cinematica Le prime misure dirette di tutti i canali di decadimento del W, e da queste: un test diretto dell universalità delle correnti cariche per leptoni e quark (1-2%) un test dell unitarietà CKM e la migliore determinazione attuale dell ampiezza V cs Lecce - 24 Aprile 2003 P.Azzurri - accoppiamenti di gauge e stati finali 4f a LEP2 26