Discrimination entre des modles au del du modle

Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration Z e+e. Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 travail préparé au LPSC sous la direction de: F. Ledroit (UJF-CNRS) pour l’obtention du DEIR et Th. Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 IEKP 1

discriminantes Variables û Modèles pour le Z’ û Limites de découverte û Données utilisées û Analyse Génération Simulation complète û Cinématiques û L’identification des û DY et l’interférence électrons û Bruit de fond physique û Calibration û Largeur totale û Section efficace leptonique û Masse reconstruite (largeur) û Avant/Arrière û Asymétries A_FB Martina Schäfer û Journées Résumé Physique et perspectives ATLAS France 5 mai 2004 2

Modèles pour le Z’ (1) La recherche Z’ est motivée par le grand nombre de modèles au-delà du modèle standard qui possèdent un Z’. Comme il s’agit d’un canal qui sera facilement mis en évidence, c’est un moyen excellent pour distinguer ces modèles. û SSM « Z’ avec les mêmes constantes de couplages que le boson Z « habituel » û Modèles E 6 « « « Modèles effectifs de rang 5 basés sur GUTS, extensions populaires: SO(10) et E 6 SO(10) x U(1) SU(5)x. U(1) x U(1) MSx. U(1)ß Z’=sinß Z + cosß Z étudié: Z , Z et Z Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 3

Modèles pour le Z’ û Z’(KK): dimensions supplémentaires, Kaluza-Klein « fermions confinés sur un 3 -brane, bosons de jauge û Modèles symétriques LR propagent avec la gravitation « SU(2)Lx. U(1)Y du MS étendu à dans des dimensions SU(2)Lx. SU(2)Rx. U(1) supplémentaires petites perpendiculaires aux branes « =g. L/g. R: rapport des couplages du boson gauche et « ici: une dimension droit supplémentaire, compactifiée sur S 1/Z², « étudié: =1 tous les fermions sur le même « orbifold point » « tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge objectif: étude des variables avec M²n=(n. Mc)²+M 0², Mc échelle de compactification, discriminantes M 0 masse du boson de jauge habituel Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 4

Limites de découverte – directe et indirecte û SSM « >1. 5 Te. V indirect, >690 Ge. V direct û Modèles E 6 « >350. . 680 Ge. V indirect, >590. . 620 Ge. V direct û Modèles symétriques LR « >860 Ge. V indirect, >630 Ge. V direct û Z’(KK) « 4 Te. V Mélange entre le Z’ et le Z négligeable Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 5

Données utilisées û canal Z’ e+eû basse luminosité, sans pile-up, … û génération avec Pythia (dans le cadre d’Athena) « « Z’ à 1. 5 Te. V et 4 Te. V avec la structure d’interférence complète (DY) DY pur sans ISR/FSR coupure CKIN(1) soit 1000 Ge. V soit 2500 Ge. V û simulation complète (DC 1) « « Z’ à 1. 5 Te. V (4 Te. V à faire) avec DY DY pur avec ISR/FSR coupure CKIN(1) = 500 Ge. V Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 6

Analyse au niveau de la génération Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 7

Cinématiques pour le SSM à 1. 5 Te. V p. T du e- e+ = (e-, e+) au labo Martina Schäfer | | des e- et e+ pz du Z’ Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 8

DY et l’intérference (1) l’interférence (SSM) l’effet augmente avec la largeur moins important pour les autres modèles (sauf KK) Zoom au pic Mll(Ge. V) DY+Z’ destructif plus mince Mll(Ge. V) avec int. plus large Mll(Ge. V) avec int. Mll(Ge. V) DY+Z’ /Ge. V Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 /Ge. V 9

DY et l’intérference (3) l’interférence pour le Z’(KK) destructif ! Mll(Ge. V) DY Martina Schäfer Mll(Ge. V) avec int. /Ge. V Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 10

Bruit de fond physique (1) à 1. 5 Te. V bb û rejet des photons et jets (ET>50 Ge. V): « cf. simulation complète « efficacité: © 90% pour les électrons © 0. 1% pour les jets © 4% pour les photons bb 6 X Mll/Ge. V Martina Schäfer p. T( ) << 50 Ge. V Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 11

Bruit de fond physique (2) à 4 Te. V signal très propre Mll/Ge. V Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 12

Variables discriminantes üLargeur totale üSection efficace üAsymétries Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 13

Largeur totale (1) fit pour la largeur totale ± 4 exemple: modèle Z’(eta) à 1. 5 Te. V pic luminosité des partons + interférence BW BW*exp+exp DY pur: approximé par exp (DY ) DY /Ge. V Martina Schäfer /Ge. V Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 14

Largeur totale (2) Fit Theo. (Ge. V) résultats à 1. 5 Te. V /Ge. V Martina Schäfer SSM 45. 9 0. 3 44. 7 7. 9 0. 09 8. 0 10. 09 9. 5 18. 5 0. 12 17. 6 LR 32. 0 0. 21 30. 6 Z 2. 63 0. 01 2. 5 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 15

ai re Largeur totale (3) pr é lim in résultats à 4 Te. V /Ge. V Martina Schäfer Fit Theo. (Ge. V) SSM 121. 5 0. 78 119. 2 24. 5 0. 28 21. 2 29. 5 0. 28 25. 2 52. 0 0. 18 46. 8 LR 87. 6 0. 63 81. 6 KK 180. 9 1. 16 ? ? ? Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 16

Section efficace û calculée à partir de (fb) * (Ge. V fb) 76. 9 0. 3 3531. 4 27. 0 22. 8 0. 1 180. 9 2. 2 25. 9 0. 1 260. 5 2. 7 46. 7 0. 2 865. 0 7. 0 LR 50. 2 1603. 2 12. 6 « la luminosité (section efficace de Pythia) SSM « le nombre d’événements dans le pic sans le DY « dans 4 « acceptance 1 (génération) « prédictions théoriques? « * ( décroissances exotiques du Z’) (n )/ (15 ) LR Martina Schäfer résultats à 1. 5 Te. V n Physique ATLAS France 5 mai 2004 Journées 17

Avant/Arrière (1) % des evts avec la fausse direction du q û dans collisions pp il n’y a pas de direction avant/arrière naturelle direction du q “avant” « direction du q approximée par la direction du Z’ (le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que l’antiquark de la mer) « dans 25% des cas faux « l’approximation est mieux à haute rapidité Y du Z’ Martina Schäfer |Y| > 0. 8: 10% faux Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 18

Avant/Arrière (2) distribution cos * dans le repère du Z’ * = (e-, q) * = (e-, Z’) * = (e-, z-axis) exemple: modèle Z’(chi) à 1. 5 Te. V û cos * est symétrique û cos * est asymétrique û cos * : perte de l’asymétrie Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 19

A_FB (1) A_FB(M)=(N+-N-)/N N+: cos >0, dans chaque bin de M en fonction de M ou fit à la distribution cos dans chaque bin de M 3/8(1+ cos 2 ) + A_FB cos vraie direction du q fit (|Y|>0. 8) comptage (|Y|>0. 8) � comptage (tous Y) exemple: modèle Z’(chi) à 1. 5 Te. V direction du Z’ fit (|Y|>0. 8) comptage (tous Y) Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 20

A_FB (2) en fonction de M conclusions: û accord entre le fit et le comptage û prendre la direction du Z’ fait perdre de l’asymétrie û effet plus grand sans coupure en Y comparer ou bien MC avec Z’ direction avec les résultats expérimentaux ou bien introduire facteur de dilution A_FB(obs)= D A_FB(true) Martina Schäfer résultats pour A_FB au pic fit, avec coupure en y, M=1. 5 Te. V * = (e-, q) SSM 0. 078 0. 010 0. 006 0. 010 -0. 318 0. 010 -0. 049 0. 010 LR 0. 018 0. 010 Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 21

A_FB (3) en fonction d’Y A_FB(Y)=(N+-N-)/N N+: cos >0, dans chaque bin d’Y A_FB(-Y)= - A_FB(Y) exemple: modèle Z’(chi) à 1. 5 Te. V exemple: modèle Z’(LR) à 4 Te. V Y exemple: modèle Z’(eta) à 4 Te. V Martina Schäfer Y Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 22 Y

Analyse au niveau de la simulation complète Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 23

L’identification des électrons û uniquement clusters avec ET>50 Ge. V û critères appliqués « variable “ISEM” (identification des électrons standard) « nombre de traces (1 ou 2) « nombre de hits dans le détecteur de traces û résultats (efficacité) « « électrons (single electrons, DC 1, 200 Ge. V): 91% électrons (single electrons, DC 1, 1000 Ge. V): 87% photons (single photons, DC 1, 200 Ge. V ): 4% jets (dijets, DC 1, 560 Ge. V): 0. 13% Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 24

Calibration û û calibration “standard” : photons dé-calibration mis au point par Stathes Paganis (University of Wisconsin) re-calibration resolution sur la masse uniquement dans le barrel (pour 1. 5 Te. V) après recalibration = 11 Ge. V + queues 7 Ge. V resolution sur les électrons (pour 1. 5 Te. V) avant recalibration Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 25

Masse reconstruite (1) û seulement evts avec vérité « 2 électrons identifiés « e+ et e « 2 électrons dans le barrel û pertes par bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour l’instant) recalibré non calibré û largeur « accord entre verité et recalibré en premier vue « Fit: … en travail Mll/Ge. V Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 26

Masse reconstruite (2) [Gauss + a Gauss] [BW*exp+exp] largeur naturelle résolution du détecteur pr re ai in fit im él Pour le SSM: DY 45 Ge. V (44. 7 Ge. V théo. ) 84 fb (77 fb gén. ) simulation vérité Mll/Ge. V Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 27

Résumé et perspectives û Analyse au niveau de la génération à 1. 5 et à 4 Te. V pour différents modèles « l’interférence « bruit de fond à 1. 5 Te. V, avec B=DY, B= S=0. 4, 1 an à 20 fb-1 S B SSM 1540 13 269 Z’( ) 450 5 129 en co u ra ge a nt ! « variables discriminantes: © Largeur © section efficace © A_FB Martina Schäfer û Premiers études en simulation complète « identification des électrons « calibration « masse reconstruite û À faire: variables discriminantes bruit de fond … vers la discrimination entre les modèles par des fits globaux Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 28

Formules utiles û largeur théorique û = gx² /48 (cv²+ca²) Mx (pour mf=0) û gx=g/cos w, g=e/sin w û û dimensions supplémentaires S 1: y=0. . 2 R, 0=2 R Z²: y=-y=2 R-y points invariants: 0 et û facteur de dilution û A_FB(obs)= (1 -2 eps) A_FB(true), eps: % de fausse direction du q Martina Schäfer Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 29

largeur, … (fb) (Ge. V DY, gén. SSM 44. 8 ± 1. 8 83. 3 ± 1. 5 3759. 3 ± 164. 7 0. 23 0. 64 9. 7 ± 0. 8 23. 6 ± 0. 5 229. 5 ± 18. 7 0. 08 0. 23 16. 0 ± 1. 1 49. 4 ± 1. 0 789. 6 ± 54. 6 0. 16 0. 56 11. 4 ± 0. 8 26. 5 ± 0. 5 300. 4 ± 21. 6 0. 10 0. 29 LR 26. 9 ± 1. 3 53. 3 ± 1. 1 1432. 4 ± 78. 4 0. 28 0. 84 pr él im in ai re (Ge. V) acceptance autour de 0. 4 Martina Schäfer fb) (fb) DY différement paramétrisé! Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004 30