Marina Cobal University of Udine 1 Trieste, fisica sperimentale nucleare e subnucleare Physics at...
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Marina CobalMarina Cobal
University of UdineUniversity of Udine
1Trieste, fisica sperimentale nucleare e subnucleare
Physics at Colliders
The Z boson
2
SM last milestones
•Discovery of a
Higgs particle 2012
UA1. Prima Z
04/11/23
C.8 A. Bettini3
Ze+ e–
L’eliminazione delle tracce con pT< 1 GeV rende completamente pulito l’evento, sopravvivono solo elettrone e positrone
Il rivelatore centrale tracciante nel campo magnetico misura segno della carica e momento. I calorimetri misurano l’energia degli elettroniSi controlla che E=p
Nei calorimetri elettromagnetici le Z appaiono come depositi localizzati di energia in direzioni opposte
Carlo Rubbia (1934) Simon van der Meer (1925)
• Nobel Prize 1984
for their decisive contributions to the large
project, which led to the discovery of the field
particles W and Z, communicators of weak
interaction
• Nobel Prize 1979for their contributions to the theory of the
unified weak and electromagnetic interaction
between elementary particles, including, the
prediction of the weak neutral current
Sheldon Lee Glashow (1932) Abdus Salam (1926 – 1996)Steven Weinberg (1933)
7
LEP
Misure di Precisione a LEP
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9
Misure di Precisione a LEP: Mz
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Propagatore di un bosone massivo
(e+e->adroni)
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LEP
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LEP experiment: DELPHI
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LEP dal 1989 al 2000
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Campione Z -> adroni
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Campione Z -> leptoni
Branching Ratio• Ovvero quante volte la Zo decade in un
particolare tipo di particelle…
Previsioni teoriche
Trionfo del Modello Standard1987-1988 analisi complete di tutti i dati disponibili allora concludendo che il MS è in perfetto accordo con i datiL’angolo di Weinberg deve aver lo stesso valore in ogni caso, ma nel confronto bisogna introdurre in ciascun caso delle correzioni radiative, previste dalla teoria
Le principali
L’accordo si perde se mt>180-200 GeV
Da misure precise di LEP di mW e mZ mt=166±27 GeV
Zo → e+ e-
Udine, 10 marzo 2006Masterclasses 2006 19
ALEPH
Zo → + -
Udine, 10 marzo 2006Masterclasses 2006 20
ALEPH
Zo → + -
Udine, 10 marzo 2006Masterclasses 2006 21
ALEPH
Zo → qqbar
Udine, 10 marzo 2006Masterclasses 2006 22
ALEPH
Zo → qqbar
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DELPHI: WIRED
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Risonanza
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Misura della lineshape
Esempi. Sezione d’urto al picco
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Quante Z in µ+µ– si producono con una luminosità (tipica per LEP) L=1035m–2s–1
Cioè circa una al minutoQuante Z in adroni si producono?
Correzioni radiative
La Born è troppo semplificata. Ci sono importanti “correzioni radiative”: le maggiori elettromagnetiche,
Dominante: Brensstrahlung iniziale
Altre correzioni EM minori:
La forma della riga
Se un elettrone o un positrone irradia un fotone l’energia della collisione diminuisce; diventa risonante √s>MZ. Coda alle alte energie(picco)= 30%, dMZ 200 MeV
Si calcolano le correzioni “ovvie”, si corregge la curva misurata, si estraggono i parametri (massa, larghezza, altezza del picco)
MZ costante fondamentale, nei valori delle altre due incertezze teoriche dovute alla non conoscenza perfetta di MH, s etc
Le larghezze parziali della ZGli esperimenti a LEP hanno misurato
• le larghezze parziali in e+e–, µ+µ–, –• la “larghezza invisibile” cui contribuiscono tutte le generazioni di neutrini ed eventuali particelle neutre non previste• la larghezza in ccbar individuando i vertici secondari di decadimento• la larghezza in bbar individuando i vertici secondari di decadimento
Perfetto accordo con la teoria (e determinazione di sin2W)
Verifica universalità dell’accoppiamento debole neutro dei leptoni
Il numero di neutrini
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La misura di Mz
Misura di MZE1 (e–, µ–)
E2 (e+, µ+)
Domina l’errore sulle energie (calorimetro)
errore statistico su singola misura (m)2-3 GeVerrore sulla scala 3.1 GeV (UA1); 1.7 GeV (UA2)UA1 (24 Zee) MZ=93.1±1.0(stat)±3.1(syst) GeV
UA2 MZ=91.5±1.2(stat)±1.7(syst) GeV
Dilepton mass spectra near the Z0 peak (CDF Collaboration)
More precise methods give world average values of
MZ = 91.1870.007 GeV/c2
Z = 2.490 0.007 GeV/c2
corresponding to a lifetime of 2.6x10-25 s
Branching ratios of leptonic decay modes of Z0 are around 3.4% for each lepton generation
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Risultati del fit
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Risultati del fit
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Risultati del fit
Z signal @ LHC
Z Boson Cross Section
• Trigger requires one electron with ET>20 GeV– Criteria at L1, L2 and L3/EventFilter
• You select two electrons in the analysis– With certain quality criteria– With an isolation requirement– With ET>25 GeV and |eta|<2.5– With oppositely charged tracks with
pT>10 GeV• You require the di-electron mass to be
near the Z:• 66<M(ll)<116 GeV
38=> total trigrecIDkintrack
Total W /Z production x-section
X. Wu, SUSY2012, 13/08/1239
Measurements already limited by sys and lumi uncertainties
ATLAS points overlap with CMS
Good agreement with NNLO prediction
Discriminating power against different PDF sets
Phys. Rev. D85 (2012) 072004CMS-PAS-12-011
ZZ production at 8 TeV
ATLAS (5.8 fb−1)
CMS (5.26 fb−1) (include 2l2
ATLAS-CONF-2012-090CMS-PAS-SMP-12-014