Martina Schäfer

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

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

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.


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


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


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


Martina Schäfer 7

AnalyseAnalyse

Analyse au niveau de Analyse au niveau de la générationla génération


Martina Schäfer 8

CinématiquesCinématiquespour le SSM à 1.5TeV

pT du e- e+ || des e- et e+

=(e-,e+) au labo

pz du Z’


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


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


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


Martina Schäfer 12

Bruit de fond physique (2)Bruit de fond physique (2)

à 4 TeV

Mll/GeV

signal très propre


Martina Schäfer 13

Variables discriminantesVariables discriminantes

Largeur totaleLargeur totaleSection efficaceSection efficace

AsymétriesAsymétries


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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


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


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


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


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


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


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


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)


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


Martina Schäfer 23

AnalyseAnalyse

Analyse au niveau de Analyse au niveau de la simulation la simulation

complètecomplète


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%


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)


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


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


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

!


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


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!

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