Ricerca del Bosone di Higgs a LHC

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Ricerca del Bosone di Higgs a LHC
Landau Pole: la costante di accoppiamento diventa infinita
Higgs Width vs MHiggs
Per alte masse diventa indefinito
I diagrammi con H cancellano la crescita quadratica del primo diagramma
Se non esiste l’Higgs, deve esistere qualcosa di analogo !!!
Ricerca del Bosone di Higgs al LEP
e+
X
Zo
X
Zo *
Ho
b
e-
B-tag
b
Ecmmax = 207 GeV
MHmax ~ Ecmmax - Mzo ~ 116 GeV
Poisson Statistics: probability of obtaining
k events if λ events are expected on
average (the mean):
-λ ·λk
e
P(k,λ) =
k!
Probabilita’ di osservare n candidati, ognuno con xj di una certa variabile discriminante
(es. Massa, lunghezza di decadimento, etc, nell’ipotesi segnale + fondo ):
e
(sb)
(s  b)
n
n!
Pj 
n
P
j 1
s  S (x j )  b  B(x j )
Dove S(xj) e B(xj) sono la probab. che xj sia segnale o fondo.
sb
s  S (x j )
Q (s) 
Pj = probab. che il candidato j abbia il valore xj
j
e’ il numero di eventi di segnale con valore xj, etc…
L(s  b)
e
L (b )

j 1

j 1
n
ln Q   s 
s
n
wj

s j  S (x j ) 
1 

b j  B ( x j ) 

wj e’ un peso a seconda che l’evento sia piu’
signal-like o background-like
Genero Q nell’ipotesi di solo fondo.
Genero Q nell’ipotesi segnale + fondo
Li confronto con Q osservato (un valore)
dove s e’ calcolato nell’ipotesi
di solo fondo
Idea di base: verificare se I dati
osservati sono piu’ compatibili con
una ipotesi di solo fondo, o
di segnale piu’ fondo
observed
observed
Q = Ls+b/Lb
Likelihood con ipotesi di segnale + background
Likelihood con ipotesi di solo segnale
http://lephiggs.web.cern.ch/LEPHIGGS/papers/LEP-SM-HIGGS-PAPER/index.html
(ci si arriva da Lep Electroweak Working Group webpage)
Il “segnale” visto dal LEP
Pesi degli eventi “Higgs-like”
Un modo alternativo di mostrare i plot di esclusione
•Limite superiore alla sezione d’urto per produzione di Higgs, Rlim
(Se non ho abbastanza sensibilita’, posso dire che
σobs(Higgs, 95 CL) < X, al 95 % CL.)
•Confronto con σ(Higgs SM), ovvero X = σ(Higgs SM).
•Rlim = σ(Higgs, 95 CL)/σ(Higgs SM) vs MH
•Se Rlim < 1 si esclude la produzione di Higgs, rispetto al Modello Standard
Limite attuale del Tevatron
Tevatron per MH < 150 GeV
And below 115 GeV ?!?!?!
LLR = Ls+b/Lb
X-sec ~ 1 fb  100 event = 100 fb-1
Parton Distribution
Functions nel protone
LHC e’ una macchina di gluoni
Branching Ratio di decadimento
Sez. d’urto di produzione (fb)
La produzione da gluoni e’ dominante a LHC
Accoppiamenti dell’Higgs:
gHVV ~ m2V (1/sin 2Ɵw per le W)
gHff ~ mf
H→gg
H
t
g
g
Branching Ratio di decadimento
t
Raro ma in linea di principio facile da identificare
22
Mass measurement at the level
of 100-200 MeV is possible with
enough luminosity
30 fb-1
N.B. Nel run appena
iniziato e’ previsto
1 fb-1 (a 7 TeV)
Grande sezione d’urto, ma fondi altissimi.
Riservato ai maniaci, e solo se l’higgs e’
gia’ stato scoperto
Branching Ratio di decadimento
ttH, H→bb
26
CMS, ttH, H→bb, 60fb-1
ttH in CMS : Working point 60fb-1
Studies three final states:
fully hadronic :ttH -> bbbbqqqq
fully leptonic :ttH -> bbbblnulnu
Semi-leptonic:ttH -> bbbbqqlnu (l=e or mu)
27
Branching Ratio di decadimento
qqH , H→tt
Un ragionevole compromesso
fra sez. d’urto e fondo
In CMS with early
data of 1fb-1 only an
upper limit on the
cross section can be
established.
(Worse at 7 TeV)
H→W W
Canale migliore per MH ~ 2 Mw
W
W*
Branching Ratio di decadimento
H
30
1)Cut-based analysis:
Kinematic distributions
of signal and background
events:
A low lepton pair Δφ
and invariant mass is
expected for the signal
events compared to
backgrounds,
After all selection cuts
there are 31 events of emu
signal and 31 background at
1fb-1
W lν, l = e, µ
Masses lower or higher than m(H)=160GeV leave
less signal and more background.
2) Multivariate analysis:
The neural net analysis gives better results than cut based analysis:
At 1 fb-1 with
m(H)=160GeV,
Cut based analysis :
S/B=70/70,
NN analysis : S/B=67/37
Best range
H→ZZ
Canale piu’ pulito per alte masse
Z
Z*
Branching Ratio di decadimento
H
35
Higgs boson candidate mass at preselection level (@ 1 fb-1)
Selection cuts
Ricostruzione massa Z e Z*
H→ZZ, 1fb-1
@14 TeV !!!
Ricostruzione massa H
Quasi escluso !
Previsioni a 1 fb-1
1 fb-1 esclusione 145-190 GeV
Roma 07-04-2010
M. Diemoz

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