Produzione di WW a LEP2 Necessaria una selezione per estrarre eventi dal fondo per separare eventi WW (completamente adronici, completamente leptonici, semileptonici) tra di loro
Esempio di fondo : ritorno radiativo alla Z La coda radiativa della Z si fa sentire ben oltre il picco Da eventi di singolo fotone Emissione di fotone di energia fissata
WW Production at LEP2 Three diagrams contribute at Born level (CC03 diagrams) : Actually look for subsequent W decay into lepton-(anti) neutrino and quark 1 - (anti) quark 2. Real process is
Four Fermion Interference Three important 4-fermion diagrams which interfere with the signal ones:
Rapporti di decadimento in WW 67%x 67%~ 45% 2 x 67%x 33%~ 44% W ud,cs 3 colori = 6 stati lν 3 famiglie di leptoni Rapporto q:lept=2:1
Fully Leptonic Selection (lνlν) Low multiplicity events, two isolated acoplanar leptons with missing transverse momentum. Lepton candidate can be low mult. jet to account for τ and final state radiation.
Semileptonic Selection (qqlν) Two hadronic jets, one isolated electron, muon or τ. Missing momentum due to neutrino(s).
Semileptonic Event
Fully hadronic Selection (4q) High multiplicity events, four hadronic jets. Selection based on event properties as sphericity, jet angles, Fox-Wolfram momenta, etc., often combined with Neural Network techniques. Example of variable : Events/0.001 rad/gev 10 2 10 DELPHI Data WW! qqqq Background 1 10-1 10-2 10-2 10-1 D (rad/gev)
Event selection ν ν q ν q q q 10% 44% 46% q q
Cross Sections in all channels N j selected events in each selection (j) L total luminosity µ j expected events function of σ WW i for each channel (i) ε ij efficiency matrix σ bkg j background cross section δσ 4f j four fermion interference correction Likelihood
W decays : Branching Ratios Standard Model : 10.8% Standard Model : 67.5% Test of lepton universality
Measurement of Vcs at LEP indirect method can be related to CKM elements: Taking other CKM measurements from PDG and not assuming unitarity of : V cs = 0.976 ± 0.014
Total Cross Section Precision reached by LEP experiments a challenge to theoretical predictions Full O(α) predictions only recently available Strong evidence of Triple Gauge Couplings
Mw col metodo della soglia a 161 GeV Media LEP :
Massa del W dalla ricostruzione diretta Sopra la soglia la massa del W si misura dalla ricostruzione diretta della massa invariante jet-jet dai canali completamente adronico e semileptonico L evento e forzato a 2 (candidato semileptonico) o 4 (candidato adronico) jet con procedura iterativa Nel canale adronico abbiamo 3 combinazioni jet-jet dai 4 jet WW boson pairs at LEP since 1996 161 209 GeV centre of mass energy ~700 pb -1 by each experiments ~4500 qqqq, ~4000 lνqq events for each experiments.
Jet ricostruiti con procedimento iterativo, dopo aver definito una metrica, es.: JET a macchine e+e-
Fit cinematici Kinematic fit used to improve reconstructed four momenta
Estrazione di Mw dalla massa invariante La distribuzione di massa invariante ha una forma alla Breit-Wigner distorta da : ISR Limiti nello spazio delle fasi Risoluzione del detector Errata assegnazione delle particelle ai W Fondo Tagli di selezione
Si usa il Monte Carlo per trattare gli effetti di distorsione : Curva di calibrazione della Breit-Wigner oppure Estrazione di Mw dalla massa invariante Tecniche di reweighting La distribuzione in massa invariante e paragonata alle corrispondenti distribuzioni MC generate con diverse masse di input. Per evitare di generare un esagerato numero di eventi di Montecarlo a masse diverse si ripesano gli eventi usando il rapporto tra gli elementi di matrice quadrati
M W ricostruita
LEP Energy Kinematic fit At LEP2: δe beam ~20MeV (δe/e~10-4!) δm W ~17MeV Error coming mainly from extrapolation.
LEP Energy (2) 3 methods recently used to cross-check extrapolation: Energy loss Based on the frequency of the field provided to beam to compensate from syncroton radiation. E loss by sync. Spectrometer Based on measurement of lepton bending angle Radiative return
Interazione stato finale La separazione dei vertici di decadimento del W a LEP2 e ~0.1 fm piccola rispetto alla scala tipica della adronizzazione ~1fm Fenomeni di interconnessione possono oscurare le separate identita dei due W. Lo stato finale non si puo piu considerare come la sovrapposizione di due W separati. La determinazione della massa dal canale totalmente adronico puo subire distorsioni Riconnessione di colore Correlazioni di Bose-Einstein
Final LEP result: Colour Rec. constrained by Mass variation when soft particles are excluded Example: difference between Mass measured in standard analysis and Mass measured using only particles in the core of the jet This correlation is a general feature of All Models : CR is expected to affect mainly low momentum particles particles away from the jet core Models Mass Shift predicted by model By studying Mass Stability (or Measuring the W mass only with particles in the jet core ) expect to reduce CR Systematic Error to ~ 50 MeV
Incertezze sistematiche per M W Effetti legati alla QED (ISR, FSR, etc.) Frammentazione Sistematiche legate all apparato (calibrazioni, allineamenti, etc.) Conoscenza dell energia di LEP Riconnessione di Colore Correlazioni di Bose-Enstein
Risultati M W a LEP : 4q e lnqq qqqq - lνqq mass difference (no FSI syst) ΔM W (qqqq-lνqq)= +22±43 MeV
Risultati M W a LEP e TeVatron LEP W mass measurement combined with the Tevatron result : M W = 80.430±0.040 GeV (pp) M W = 80.398±0.025 GeV (LEP+pp) Γ W =2.139 ±0.069 GeV (LEP+pp)
Misura di precisione della massa del W a collider adronici Misure ai collider adronici Produzione da annichilazione quarkantiquark Decadimento del W in leptone (e o µ) + neutrino Fit alla distribuzione in massa trasversa M W T
Misura di precisione della massa del W a collider adronici Fit alla distribuzione in massa trasversa M W T Picco Jacobiano
Error on W mass (Run I) RUN II CDF e µ 30, 17 These errors are determined using CDF/D data,scale with luminosity Theory improvements Improve PDF constraints with measurements (W charge asymmetry, Z rapidity distribution) Run II CDF has reached 48 MeV with 200 pb -1!
Measuring the W mass at LHC The crucial point is to control systematic uncertainties: Use the Z to mimic the W! CMS Note-2006/061