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Martina Schäfer 1
Discrimination entre des modèles au delà du Discrimination entre des modèles au delà du modèle standard avec la désintégration modèle standard avec la désintégration
ZZee++ee--
Martina SchäferMartina Schäfer
Journées Physique ATLAS FranceJournées Physique ATLAS France
5 mai 5 mai 20042004
travail préparé autravail préparé au LPSC LPSC sous la direction de: sous la direction de:
F.LedroitF.Ledroit (UJF-CNRS) pour l’obtention du (UJF-CNRS) pour l’obtention du DEIRDEIR et et Th.MüllerTh.Müller (Universität Karlsruhe) pour le (Universität Karlsruhe) pour le DiplomarbeitDiplomarbeit
IEKP
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Martina Schäfer 2
Modèles pour le Z’ Limites de découverte
Données utilisées Analyse
Résumé et perspectives
Génération Cinématiques
DY et l’interférence Bruit de fond physique
Largeur totale Section efficace
leptonique Avant/Arrière
Asymétries A_FB
Simulation complète L’identification des
électrons Calibration
Masse reconstruite (largeur)
Vari
able
s
dis
crim
inante
s
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Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004
Martina Schäfer 3
Modèles pour le Z’ (1)Modèles pour le Z’ (1)
SSM Z’ avec les mêmes constantes de couplages
que le boson Z « habituel »
Modèles E6 Modèles effectifs de rang 5 basés sur GUTS, extensions populaires: SO(10) et
E6 E6SO(10) x U(1)SU(5)xU(1)x
U(1)MSxU(1)ß
Z’=sinß Z + cosß Z étudié: Z, Z et Z
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.
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Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004
Martina Schäfer 4
Modèles pour le Z’Modèles pour le Z’
Modèles symétriques LR SU(2)LxU(1)Y du MS étendu
à SU(2)LxSU(2)RxU(1) =gL/gR: rapport des
couplages du boson gauche et droit
étudié: =1
objectif: étude des variables discriminantes
Z’(KK): dimensions supplémentaires, Kaluza-Klein fermions confinés sur un
3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes
ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S1/Z², tous les fermions sur le même « orbifold point »
tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M²n=(nMc)²+M0², Mc échelle de compactification, M0 masse du boson de jauge habituel
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Martina Schäfer 5
Limites de découverteLimites de découverteLimites de découverte – directe et
indirecte SSM
>1.5TeV indirect, >690GeV direct
Modèles E6 >350..680GeV indirect, >590..620GeV
direct
Modèles symétriques LR >860GeV indirect, >630GeV direct
Z’(KK) 4TeV
Mélange entre le Z’ et le Z négligeable
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Martina Schäfer 6
Données utiliséesDonnées utilisées
canal Z’ e+e-
basse luminosité, sans pile-up,…
génération avec Pythia (dans le cadre d’Athena) Z’ à 1.5TeV et 4TeV avec la structure d’interférence complète
(DY) DY pur sans ISR/FSR coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV
simulation complète (DC1) Z’ à 1.5TeV (4TeV à faire) avec DY DY pur avec ISR/FSR coupure CKIN(1) = 500GeV
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Martina Schäfer 7
AnalyseAnalyse
Analyse au niveau de Analyse au niveau de la générationla génération
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CinématiquesCinématiquespour le SSM à 1.5TeV
pT du e- e+ || des e- et e+
=(e-,e+) au labo
pz du Z’
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Martina Schäfer 9
DY etDY et l’intérference l’intérference (1) (1)
Mll(GeV) avec int.
l’interférence (SSM)
Mll(GeV) avec int.
Mll(GeV) DY+Z’
Mll(GeV) DY+Z’
Zoom au pic
destructif plus mince
plus large
l’effet augmente avec la largeur
moins important pour les autres modèles (sauf KK)
/GeV /GeV
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Martina Schäfer 10
DY etDY et l’intérference (3) l’intérference (3)l’interférence pour le
Z’(KK)
Mll(GeV) avec int.Mll(GeV) DY
destructif !
/GeV
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Martina Schäfer 11
Bruit de fond physique (1)Bruit de fond physique (1)
bb 6X
pT() << 50GeV
bb
rejet des photons et jets (ET>50GeV): cf. simulation complète efficacité:
90% pour les électrons
0.1% pour les jets 4% pour les
photons
à 1.5 TeV
Mll/GeV
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Martina Schäfer 12
Bruit de fond physique (2)Bruit de fond physique (2)
à 4 TeV
Mll/GeV
signal très propre
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Variables discriminantesVariables discriminantes
Largeur totaleLargeur totaleSection efficaceSection efficace
AsymétriesAsymétries
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Martina Schäfer 14
Largeur totale (1)Largeur totale (1)fit pour la largeur totale
exp (DY)
BW
BW*exp+exp
±4 pic
DY
luminosité des partons +
interférence
DY pur:
approximé par exp
/GeV
/GeV
exemple:modèle Z’(eta) à 1.5
TeV
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Martina Schäfer 15
Largeur totale (2)Largeur totale (2)Fit (GeV)
Theo.
(GeV)
SSM 45.9 0.3
44.7
7.9
0.09
8.0
10.0
0.09
9.5
18.5
0.12
17.6
LR 32.0
0.21
30.6
Z 2.63
0.01
2.5
résultats à 1.5TeV
/GeV
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Martina Schäfer 16
Largeur totale (3)Largeur totale (3)Fit (GeV)
Theo.
(GeV)
SSM 121.50.78
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
???
résultats à 4TeV
/GeV
prélim
inaire
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Martina Schäfer 17
Section efficaceSection efficace calculée à partir de
la luminosité (section efficace de Pythia)
le nombre d’événements dans le pic sans le DY
dans 4 acceptance 1 (génération) prédictions théoriques? * ( décroissances exotiques du
Z’)
(fb)
*(GeV fb)
SSM 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
0.2
1603.2
12.6
n
(n )/(15 )
LR résultats à 1.5TeV
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Martina Schäfer 18
Avant/Arrière (1)Avant/Arrière (1)
dans collisions pp il n’y a pas de direction avant/arrièrenaturelle 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’
% des evts avec la fausse direction du q
|Y| > 0.8: 10% faux
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Martina Schäfer 19
Avant/Arrière (2)Avant/Arrière (2)
* = (e-,q) * = (e-,Z’) * = (e-,z-axis)
distribution cos *
exemple:modèle Z’(chi)à 1.5 TeV
dans le repère du Z’
cos* est symétrique cos* est asymétrique cos* : perte de
l’asymétrie
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Martina Schäfer 20
A_FBA_FB (1) (1) en fonction de Men fonction de M
fit à la distribution cos dans chaque bin de M
3/8(1+ cos2) + A_FB cos
vraie direction du q
fit (|Y|>0.8)
comptage (|Y|>0.8)
comptage (tous Y)�direction du Z’
fit (|Y|>0.8)
comptage (|Y|>0.8)
comptage (tous Y)
A_FB(M)=(N+-N-)/N
N+: cos>0, dans chaque bin de M
ou
exemple:modèle Z’(chi)à 1.5TeV
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Martina Schäfer 21
A_FBA_FB (2) (2) en fonction de Men fonction de M
résultats pour A_FB au picfit, avec coupure en y, M=1.5TeV * = (e-,q)
SSM 0.078 0.010
0.006 0.010
-0.318 0.010
-0.049 0.010
LR 0.018 0.010
conclusions: accord entre le fit et le
comptage prendre la direction du Z’
fait perdre de l’asymétrie effet plus grand sans
coupure en Y
comparer ou bien MC avec Z’ direction avec les résultats expérimentauxou bienintroduire facteur de dilutionA_FB(obs)= D A_FB(true)
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Martina Schäfer 22
A_FBA_FB (3) (3) en fonction d’Yen fonction d’Y
A_FB(Y)=(N+-N-)/NN+: cos>0, dans chaque bin d’YA_FB(-Y)= - A_FB(Y)
exemple:modèle
Z’(chi)à 1.5TeV
Y Y
Y
exemple:modèle
Z’(eta)à 4TeV
exemple:modèle
Z’(LR)à 4TeV
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Martina Schäfer 23
AnalyseAnalyse
Analyse au niveau de Analyse au niveau de la simulation la simulation
complètecomplète
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Martina Schäfer 24
L’identification des L’identification des électronsélectrons
uniquement clusters avec ET>50GeV
critères appliqués variable “ISEM” (identification des électrons
standard) nombre de traces (1 ou 2) nombre de hits dans le détecteur de traces
résultats (efficacité) électrons (single electrons, DC1, 200GeV): 91% électrons (single electrons, DC1, 1000GeV): 87% photons (single photons, DC1, 200GeV ): 4% jets (dijets, DC1, 560GeV): 0.13%
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Martina Schäfer 25
CalibrationCalibration calibration “standard” :
photons dé-calibration re-calibration uniquement dans le barrel
mis au point par Stathes Paganis (University of Wisconsin)
après recalibration
avant recalibration
resolution sur la masse (pour 1.5TeV)
= 11 GeV
+ queues
7 GeV
resolution sur
les électrons (pour
1.5TeV)
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Martina Schäfer 26
Masse reconstruite (1)Masse reconstruite (1)
seulement evts avec 2 électrons identifiés e+ et e-
2 électrons dans le barrel
pertes par bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour l’instant)
largeur accord entre verité et
recalibré en premier vue Fit: … en travail
vérité
recalibré
non calibré
Mll/GeV
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Martina Schäfer 27
Masse reconstruite (2)Masse reconstruite (2) [Gauss + a Gauss][BW*exp+exp]
résolution du détecteur
largeur naturelle
Mll/GeV
Pour le SSM:
45GeV(44.7GeV
théo.)
84fb (77fb gén.)
vérité
simulation
fit
DY
préliminaire
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Martina Schäfer 28
Résumé et perspectivesRésumé et perspectives
Analyse au niveau de la génération à 1.5 et à 4TeV pour différents modèles l’interférence bruit de fond
variables discriminantes: Largeur section efficace A_FB
Premiers études en simulation complète identification des
électrons calibration masse reconstruite
À faire: variables discriminantes bruit de fond …
vers la discrimination entre
les modèles par des fits globaux
à 1.5TeV, avec B=DY, B=S=0.4,
1an à 20fb-1
B
SS B
SSM 1540 13 269
Z’() 450 5 129
enco
urag
eant
!
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Martina Schäfer 29
Formules utilesFormules utiles largeur théorique = gx² /48 (cv²+ca²) Mx (pour mf=0) gx=g/cosw, g=e/sin w
dimensions supplémentaires S1: y=0..2R, 0=2R Z²: y=-y=2R-y points invariants: 0 et
facteur de dilution A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true),
eps: % de fausse direction du q
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Journées Physique ATLAS France 5 mai 2004
Martina Schäfer 30
largeur,…largeur,…(GeV
)(fb) (GeV
fb)DY
(fb)
DY,gén. (fb)
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
acceptance autour de 0.4
prélim
inaire
DY différement paramétrisé!