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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 1
Dati LEP SM - sommario
• tutti i dati di LEP (LEP I, LEP II, tutti gli esperimenti) sono confontati con il modello standard (SM) (*);
• passi successivi :a) compatibilità tra esperimenti;b) fit comune “misura” (vedi § LEP I, ex. mZ);
c) confronto con SM ( “accordo misure - teoria”);d) predizione (“misura”) di parametri relativi a particelle non [ancora]
accessibili sperimentalmente (ex. mH, oppure mt);
e) stessa procedura, incorporando altri esperimenti (CDF, D0, SLD, , ...).
• in realtà tutto è matematicamente calcolato in un solo passo, minimizzando una funzione dei dati e dei parametri teorici, che tiene conto delle correlazioni sperimentali.
[alcuni dati – ex. -polarizzazione, asimmetrie di SLD - omessi in questa presentazione]
(*) CERN-EP/2001-098; December 17, 2001
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 2
la “lineshape” a LEP I
[si chiama “lineshape” la sezione d’urto ƒ(s), ove ƒ è uno dei canali di decadimento dello Z, e+e-, +-, +-, adroni]
• la lineshape mostra il caratteristico andamento a campana, dovuto alla risonanza [i.e. formazione di uno Z nel canale s];
• [come spiegato in precedenza] dalla forma/altezza della campana nei vari canali, si misurano :
massa e larghezza totale dello Z; numero di neutrini; accoppiamenti elettrodeboli.
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 3
Sezioni d’urto differenziali
Dalle sezioni d’urto differenziali d(e+e-ƒƒ’) / dcos, per i vari fermioni, in funzione di s, si possono misurare :
asimmetrie avanti-indietro [differenti per e+e- rispetto a +-, +-, adroni]; accoppiamenti gv, ga.
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Dati - LEP I ( |s-mz| < 3 GeV)
• l+l- ~1.7 M;• qq ~15.5 M;¯
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Dati - LEP II ( 130 < s < 209 GeV)
Year Nominal Actual LuminosityEnergy Energy (GeV) (GeV) (pb-1)
1995 130 130.2 ~3136 136.2 ~3
1996 161 161.3 ~10172 172.1 ~10
1997 130 130.2 ~2136 136.2 ~2183 182.7 ~50
Year Nominal ActualLuminosity
Energy Energy (GeV) (GeV) (pb-1)
1998 189 188.6 ~170
1999 192 191.6 ~30196 195.5 ~80200 199.5 ~80202 201.6 ~40
2000 205 204.9 ~80207 206.7 ~140
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misure (1 - LEP I)
• massa dello Z : mZ = 91.1875 0.0021 GeV;• larghezza Z = 2.4952 0.0023 GeV;• numero di neutrini leggeri N = 2.9841 0.0083;• asimmetrie leptoniche al polo (A0,ℓ
fb) vs larghezze parziali (R0
ℓ=had /ℓ) : le linee sono 68% di probabilità; le linee punteggiate sono per i singoli leptoni, quella continua assume
universalità leptonica; la frecce in mt e s corrispondono a 1 mentre per mH ai valori 114,
300, 1000 GeV.
• larghezze parziali al polo in quark b,c (R0b/c=b/c /had):
le ellissi sono 68% di probabilità; “SM” indica il valore predetto, la freccia è ±1 in mt; [ricordare nel 199x ... tante teorie ...].
2.1 2.1
5.2 5.2
fit fit
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 7
mZ
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Lineshape - risultati del fit - 1
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 9
Lineshape - risultati del fit - 2
inv / ℓℓ = 5.942 .016;
[ /ℓℓ ]SM = 1.9912 .0012;
N = 2.9841 .0083.
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 10
misure di mZ, Z nel tempo
90.5
90.6
90.7
90.8
90.9
91.0
91.1
91.2
91.3
1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
m(z)
91.15
91.16
91.17
91.18
91.19
91.20
1993 1995 1997 1999 2001
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 11
errori calcolati su mZ, Z nel tempo
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
errors (GeV)
m(z)
gamma(z)
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 12
2.1 - asimmetrie leptoniche al polo (A0,ℓ
fb) vs larghezze parziali (R0
ℓ=had /ℓ)
• le ellissi contengono il 68% di probabilità;
• le linee punteggiate sono per i singoli leptoni, quella continua assume universalità leptonica;
• la frecce in mt e s corrispondono a 1 mentre per mH ai valori 114, 300, 1000 GeV.
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 13
5.2 - Larghezze parziali al polo in
quark b,c (R0
b/c=b/c /had)
• le ellissi contengono il 68% di probabilità;
• “SM” indica il valore predetto, la freccia è ±1 in mt;
• [ricordare nel 199x ... tante teorie ...].
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 14
misure (2 - LEP II)
• Sezioni d’urto in +-, +-, adroni a LEP II [s’ = m2(f f’)];
• Sezioni d’urto differenziali e asimmetrie leptoniche in funzione di s (Aℓ
fb);
• le (W+W-) e (ZZ);
• mW, W, BR(Wleptons, hadrons) ;
– mW = 80.450 0.026 0.030 GeV;
– W = 2.150 0.068 0.060 GeV.
8.1 8.1
9.1/3
9.4
9.1/3
9.4
8.3
8.2
8.3
8.2
11.2
11.3
11.2
11.3
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 15
8.1
8.1 - Sezioni d’urto in +-, +-, adroni a
LEP II
[s’ = m2(ff’)]
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 16
8.2-3 - Sezioni d’urto differenziali e asimmetrie leptoniche in funzione di s (Aℓfb)
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 17
(W+W-), (ZZ)
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 18
mW, W :mW = 80.450 0.026 0.030
GeV;W = 2.150 0.068 0.060 GeV.
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 19
mf = 0, tree-level :BRℓ = 1/9 = 11%;
BRhadr = 6/9 = 67%.
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misure (3 - Tevatron)
• massa m W (con tutte le misure mondiali);
• mW vs mtop (confronto con LEP II);
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 21
misure di mW,
dal 1988 ad oggi
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 22
mW vs mtop Fermilab vs LEP
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 23
fit nel MS (1)
• Accoppiamenti gA e gV per leptoni, quark pesanti;
• Angolo di Weinberg (sin2ℓeff);
• accordo generale (misure LEP teoria).
12.2
12.3
12.2
12.3
pulls pulls
12.4 12.4
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 24
accoppiamenti gA e gV per
leptoni
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 25
accoppiamenti gA e gV per quark pesanti
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 26
Angolo di Weinberg (sin2ℓ
eff)
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 27
accordo generale(misure LEP
teoria)
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 28
pull = (misura-SM) / errore
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 29
“predizioni” nel MS (1)
variazione di
• [sin2lepteff] vs [l] in funzione di mt e mH,
• [mW] vs [mt] in funzione di mH,
• [mW] vs [mH], [mt] vs [mH],
• valore di 2(fit) in funzione di mH;
• sensibilità dei parametri del MS a mH.
13.1 13.1
13.3
13.4
13.3
13.4
13.2 13.2
13.6
13.8
13.6
13.8
!!!
13.5 13.5
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 30
[sin2ℓeff] vs [ℓ]
in funzione di mt e mH
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 31
[mW] vs [mt] in funzione di mH
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 32
[mW] vs [mH], [mt] vs [mH]
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 33
“misura” di mH nello SM
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 34
sensibilità dei parametri del MS a mH
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 35
la figura di LEP più
citata (assieme alla risonanza
dello Z)
2(fit) in funzione di mH
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Paolo Bagnaia - La fisica e+e- : modello standard e dati 36
Fine - fit SM a LEP