Atelier PAF 27-29/03/06E. Kajfasz1 Du TeVatron au LHC: perspectivesphysiques du Run II.

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Atelier PAF 27-29/03/06 E. Kajfasz 1

DDDu TeVatron au LHC:Du TeVatron au LHC:

perspectives perspectives physiques physiques

du Run IIdu Run II

DDFermilab

Main Injector & Recycler

Tevatron

Chicago

p source

Booster

1.96 TeV

Run 11.8 TeV ~0.1 fb-

Run 21.96 TeV -> 8fb-1

DDStatus du Tevatron

le Tevatron marche

bien et ...de mieux en

2002 2003 2004 20051.5 1032 cm-2 s-1

350 1010

pbar disponibles

Luminosite instantannee pic

DDStatus du Tevatron

Luminosite record: 1.8 1032 cm-2 s-1

Luminosite integree:record: 27 pb-1 /semaine/exptdelivree: 1.5 fb-1 /exptsur bande: 1.3 fb-1 /expt

2002 2003 2004 2005Lum. Integ. deliveree / Expt

1 fb-1

DDEvolution de la luminosite

9/30/03 9/30/04 9/30/05 9/30/06 9/30/07 9/30/08 9/30/09

30 mA/hr

25 mA/hr

20 mA/hr

15 mA/hr

FY05:on double

FY07:on double

FY09:on double

peak pbarstacking rate

Run IIbRun IIa

FY06:on double

DDStatus des experiences

Excellents detecteurs generalistes: tracking, b-tagging, calorimetre, muon, …

CDF: resolution en impulsion et particule ID (K,)DØ: couverture muon et resolution en energie

DDStatus des experiences

Detector/trigger/DAQ downtime ~ 5%

Beam Conditions, Start/End stores ~ 5%

Trigger deadtime ~ 5% : choix

Detector/trigger/DAQ downtime ~ 5%

Transitions de stores et runs ~ 2-3%

FEB ~ 3-5%

DDA l’attaque du Modele Standard

with 1 fb-1

1.4 x 1014

1 x 1011

6 x 106

6 x 105

14,0005,000

1000 ~ 100100 ~ 10

(barn)

QCD• jet cross section• HQ production• proton structure• diffraction• Underlying event

Electrofaible• W mass and width• Trilinear gauge couplings• top production• top mass• top decay,charge,spin• Higgs boson

Nouvelle Physique• SUSY• gauge sector: Z’, W’• extra dimensions• compositeness: b’, t’, leptoquarks• substructure• Non SM Higgs bosons

Physique de la beaute• Bs mixing: ms/md

• Rare decays: Bs , etc.• Bs lifetime: /• CP violation• masses and lifetimes

DDJets

Jet Cross Section

CDF Preliminary1.04 fb-1

0.1 < |y| < 0.7

MidpointRcone=0.7

fmerge=0.75Rsep=1.3

CDF Preliminary

pTjet in log scale [GeV/c] pT

jet in linear scale [GeV/c] pTjet [GeV/c]

b-jets

DD + Jets

Physique de la beaute

DDLa beaute dans tous ses etats...

CDF Prelim. 370 pb-1

DØ Prelim. (1fb-1)

DØ Prelim. (1fb-1)B+

B+ J/ +

First Direct Observation!

B+ J/ +

B+K, B+ J/ K+(bs)

B1, B*2

CDF Preliminary(800 pb-1)

Bc in fully reconstructed mode

Significance > 6

DDBs ->

CDF Run 2:

780 pb-1: BR(Bs → μμ) < 1.0x10-7 @95% CL

364 pb-1: BR(Bs → μμ) < 2.0x10-7 @95% CL

D0 Run 2:

300 pb-1: BR(Bs → μμ) < 3.7x10-7 @95% CL

CDF+D0 comb:

BR(Bs → μμ) < 1.5x10-7 @95% CL

MS predit BR(Bs → μμ) ~ 3.5x10-9

DDBs ->

dans MSSM: BR pourrait etre

10 a 1000 fois plus grand

mh~115GeV -> 10-

8<Br(Bs)<3×10-7

DDBs mixing

ms = 16.8 ps-1

xms = 24.8 ps-1

CKM Fit Result:ms = 18.3 +6.5

-1.5 ps-1

from md

Lower limit on ms

from md/ms

DDBs mixing

~1100 Bs completement reconstruits

CDF Preliminary(350 pb-1)

Bs Ds, avec Ds(K+K-)

md ~ 0.5 ps-1

DDBs mixing

ms > 14.8 ps-1 @ 95% CL

1 fb-1

17 < ms < 21 ps-1 @ 90% CLvaleur preferee: 19 ps-1

2 fb-1: ms<15 ps-1

8 fb-1: ms<22 ps-1

DDCPV dans le melange des B

= 4Re(b) / (1 + |b|2)

Propriete unique du detector de DØ pour les muons:

on peut changer independemment la polarisation du solenoide et des toroides -> mesure l’asym. due aux effets de detecteur

= p - qp + q

Le top fort

DDle quark top

PRODUCTIONessentiellement

en paires par interaction forte

DESINTEGRATION

DDtop: production forte

pblumisyststattt )(5.0)(0.1)(5.13.8

ajouter lepton+trace:- MET cut moins severe- b-tag pour reduire fond

e et l+trace

pblumisyststattt )(6.0)(1.1)(6.8 9.17.1

incertitude totale

comparable avec 2 fois moins de donnees

DDtop: production l+jets

NN pour separertop du bruit

8.2 ± 0.6 (stat.) ± 1.0 (sys.)

HT > 200 GeV

pblumisyststattt )(5.0)(1.8 3.12.1

2 tags

8.8 +1.2 -1.1 (stat.) +2.0 -1.3 (sys.)

1 b-tag 2 b-tags

-> 370 pb-1CDF -> 750 pb-1

le top electrofaible

DDtop: production electrofaible

s+t channel < 3.4 pb @ 95% CL t-channel < 3.1 pb @ 95% CL s-channel < 3.2 pb @ 95% CL

695 pb-1

DDHeavy W’ boson

Quelques proprietes du top

DDQuelques proprietes du top

DØ Prelim.365 pb-1

Top Charge Top Lifetime

best likelihood fit ctop= 0

Exclude Q = +4/3 at 94% CL

Reconstructed Top Charge (e) Impact Parameter (m)

CDF Prelim.318 pb-1

hep-ex/0503002

(ctop)SM = 3x10-10m

lepton + 3jets lepton + 3jets

ctop< 52.5mat 95%CL

|Vtb| 0.78 @ 95% CL

DDtt resonance- (e ou ) + 3jets- 1 jet b-tagged- MET

DDtop: helicite du W

dans le MS: F- ~ 0.3 F0 ~ 0.7 F+ ~ 0.0

DDtop: helicite du W

D0 RunII 370pb-1 F+ < 0.24 @ 95%CL F+ = 0.08 0.08 0.05

DDmasse du topTemplate Analysis (lepton+jets)

173.4 ± 1.7(stat) ± 2.2(JES+syst) GeV CDF

DDmasse du top

Matrix Element Analysis (lepton+jets)

• Un likelihood determine simultanement Mtop, la JES et la fraction de signal

• Les probabilites sont construites a partir des elements de matrice, des fonctions de transfert et des fonctions de distribution partoniques

DDmasse du top

masse du W

DDmasse du W

• But est d’ameliorer par rapport a LEP2

• va demander ~ 1fb-1 ou plus

• Strategie: extraire la masse de quantites cinematiques

• Masse transverse

• pT du lepton

• Missing ET

DDmasse du W

CDF Run II prel. L=200 pb-1

D0 Run I: L=82

We W We nature

Statistics 45 50 60 Stat.

Lepton scale+res.

70 30 59 Stat.

Recoil 50 50 37 Stat.

background

20 20 9 Stat.

Production+Decay

30 30 23 Theo.

total 105 85 84

Comb. e+

76 MeV 84 MeV

•Most uncertainties scale with statistics: √L

•Production and Decay model being improved -> 20-30 MeV

Single experiment uncertainties:

L=2 fb-1: mW=25-35 MeV (with LEP2: mW=21-27 MeV)

L=8 fb-1: mW=20-30 MeV (with LEP2: mW=18-24 MeV)

DDImplications pour le Higgs

A 20-30% measurement of the Higgs mass

Le Higgs Standard

DDHiggs: production et desintegration

Deux strategies:• MH < 135 GeV, regarder la production associee avec le Higgs allant en 2 b-jets => lepton-ID et b-tagging•MH > 135 GeV, exploiter la fusion de gluon et reconstruire 2 bosons vecteurs• => lepton-ID

DDWH -> lbb, l=e,

• Muon and electron channel combined:

• 1 or 2 tagged b-jets

• electron or muon with pT > 20 GeV

• ETmiss > 20 GeV

• window cut on dijet invariant mass

• Backgrounds:W+jets, top pairs, di-bosons

DDWH -> lbb, l=e,

DDZH -> bb• acoplanar jets + MET:

• >= 1 tagged b-jet

• 2 jets with ET > 60/25 GeV

• ETmiss > 70 GeV

• window cut on dijet invariant mass

• Backgrounds:W/Z+jets, top pairs, di-bosons, multijets

= 100.3 GeVET

2 = 54.7 GeVET

miss = 144.8 GeVMjj = 82.1 GeV

DDZH -> bb

DDH -> WW* -> ll

DDWH -> WWW* -> llqq

DDHiggs combined limits

• We can bridge the gap between current limits and SM predictions by optimizing the analyses , improving the algorithms, adding/combining channels and experiments, using more data (~2fb-

• Exciting prospects for the future:

–Sensitivity to m H > 114 GeV starts at ~2 fb-1

–Exclusion up to 180 GeV possible with 8 fb-1

Nouvelle Physique

DDSUSY: trileptons

DDSUSY: squarks&gluinos

jets + MET

DDSUSY: squarks&gluinos

4 b-jets + MET

DDConclusions

D0 et CDF sont en premiere place pour etre en mesure de pousser le Modele Standard dans ses retranchements dans les secteurs:

de l’interaction fortede l’interaction electrofaible et du secteur de Higgsdes saveurs lourdesde la nouvelle physique

Nous sommes raisonablement optimistes sur les possibilites de physique d’ici 2009Il faut essayer de continuer/renforcer la “cross-fertilization” entre la communaute LHC et la communaute Tevatron, qui finiront par se fondre en une seule.

Ameliorations et IDs

DDW + jets

DDZ + jets

Z + b-jetsCDF

predictions NLO

DDZ+jets: Sherpa/Pythia/Data

pT(jet1)

pT(jet2)

pT(jet3)

DDJet Energy Scale

•The jet energy scale is the dominant uncertainty in many measurements of the top

quark.

•CDF and DØ use different approaches to determine the jet energy scale and uncertainty:

–CDF: Scale mainly from single particle response + jet fragmentation model. Cross-checked with photon/Z-jet pT balance etc.

•~3% uncertainty in Run II. Further improvements in progress.

–DØ: Scale mainly from photon-jet pT balance. Cross-checked with the closure

tests in photon/Z+jet events etc.

•new Run II calibration uncertainty ~ 2%

•In-situ mW calibration has been successfully used to improve JES by both CDF and DØ in top

mass measurements.

DDJet Energy Response Function

DDJet Resolution

DDSimulation

DDB-ID

backup

slides

DDAlgos de jets

DDJet Energy Scale

DDJet Energy Response Function

DDBs mixing

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