L’EREDITA’ DI LEP G. Passaleva Giornata di studio in onore di Anna Cartacci Firenze, 3 Luglio 2002
L’EREDITA’ DI LEP
G. Passaleva
Giornata di studio in onore di Anna CartacciFirenze, 3 Luglio 2002
QCDQCD Heavy flavoursHeavy flavours
HiggsHiggs
Nuove particelleNuove particelle
Fisica γγFisica γγ
Fisica del τFisica del τ
Fisca adronicaFisca adronica
Oltre 2000 pubblicazioni su...Oltre 2000 pubblicazioni su...
ElectroweakElectroweak
LEP1989 Primo run
1989-1995 Fisica alla Z(misure di precisione)
1996-1999 Fisica del W(misure di precisione)
2000 L’anno dell’ Higgs(la scoperta ?)
Nov 2000Fine dell’era LEP
Circonferenza: 27 kmEnergy range: 20 – 104.5 GeV
Luminosità ed energia
20001999
1998
Il 70% della luminosità totale è a √s > 94 GeV
Tra le tante cose successe in 10 anni di LEP...
All’ inizio del run del 1996 non si riusciva a far circolare il fascio per più di 15 minuti. Dopo lunghe investigzioni....
QL10.L1Single Turn Stopper positrons
... Questa è di sicuro la più strana...!
Una bottiglia di birra !
I 4 esperimenti
L3
I rivelatori di vertice al Si
~30 cm
L3 VertexDetector
Importante innovazione; essenziali a LEP I e II nella ricerca dell’Higgs
2 layersingle-sided
0.53m2
2 layerdouble-sided
0.52m2
3 layerdouble/single1.37m2
2 layerdouble-sided
0.96m2
Vertexdetector
OPALL3DELPHIALEPH
Atlas : 60 m2
CMS : 210 m2
LEP I: misure di precisione alla Z
15.5x106 Z → qq + 1.7x106 Z → ll (200pb-1/esperimento)
Input sperimentali: sezioni d’urto e asimmetrie
Si fittano 9 grandezze fondamentali:• Massa (MZ)• Larghezza totale (ΓZ)• Sezione d’urto adronica (σh
0)• Larghezza adronica/larghezza
leptonica (Rl=Γh/Γl)• Forward-backward asymmetry (Al
FB)
•Test dell’universalità leptonica.•Fit agli accoppiamenti gA, gV•Fit di grandezze derivate (ad es. mW,mt) includendo altre grandezze come polarizzazione del tau, risultati sugli heavy flavour, misure ad altri acceleratori.
LEP I: MZ e ΓZ
91187.5 ± 2.12495.2 ± 2.3
MZ
Misura dell’energia dei fasci
δMZ ~ 0.50 δ(Epeak+2+Epeak-2)δΓZ ~ 0.71 δ(Epeak+2- Epeak-2)
Strategia: •resonant depolarization (δEbeam~200keV)•interpolazione (NMR/.., flux loop, …), per correggere effetti sistematici come:
– temperatura,…– maree & effetti idrogeologici– effetti...imprevedibili come...
Scala assoluta di energia e incertezza punto a punto ⇒ errore sistematico su MZe ΓZ
δE O(MeV)δE point-to-point ~ 50MeVδMZ
LEP ~ 1.7MeV
...il passaggio del TGV...
Universalità leptonica
τ polarizationAτ 0.1439 ± 0.0043Ae 0.1498 ± 0.0049
Correnti neutre
Line-shape + asimmetrie FB
Re 20.804 0.050
Rµ 20.785 0.033
Rτ 20.764 0.045
AFB0,e 0.0145 0.0025
AFB0,µ 0.0169 0.0013
AFB0,τ 0.0188 0.0017
Correnti cariche
Decadimenti del W (LEP 2)BR(W→µν)/ BR(W→eν) 1.000 ± 0.021BR(W→τν)/ BR(W→eν) 1.052 ± 0.029BR(W→τν)/ BR(W→µν) 1.052 ± 0.028
Fit al modello standardgAµ/gAe 1.0001 ± 0.0014gAτ/gAe 1.0018 ± 0.0015gVµ/gVe 0.995 ± 0.096gVτ/gVe 0.972 ± 0.041
Decadimenti del τgµ/ge 1.0015 ± 0.0025 (Bµ/Be)gτ/gµ 1.0001 ± 0.0026 (ττ,mτ,Be)gτ/gµ 1.0061 ± 0.0062 (τ → hντ)
Universalità leptonicagAl = -0.50126 ± 0.00026
gVl = -0.03736 ± 0.00066Afb
0,l = 0.0171 ± 0.0010
Rl0 = 20.767 ± 0.025
LEP I: quantità derivate
499.0 ± 1.5 MeVΓinv
83.984 ± 0.086 MeVΓlept
1744.4 ± 2.0 MeVΓhad
Nν
2.997 ±0.082 Nν (ν counting)
-2.7 +1.7-1.5 MeV< 2.0MeV @ 95%CL ∆Γinv
2.9841 ± 0.0083Nν
EW heavy flavours: Rb
Rb = 0.21646 ± 0.00065Rc = 0.1719 ± 0.0031
Rb
Nel 1995 si osservò una deviazione significativa di Rb dallo SM. In seguito ad analisi più accurate e raffinate tutto è “rientrato nei ranghi”.
EW heavy flavours: AFBb
Ab(LEP only) = 0.891 ± 0.022Ab(SLD) = 0.921 ± 0.020Ab(LEP+SLD) = 0.899 ± 0.013
(0.935 SM)
Notare che è l’unica grandezza che sembra preferire una massa dell’Higgs alta
EW heavy flavours: couplingsDalle misure precedenti si possono estrarre gli accoppiamenti gAb, gVb(o gRb e gLb). L’accordo con lo SM è marginale (~3 σ)
-0.35
-0.33
-0.31
-0.29
-0.54 -0.52 -0.50 -0.48
gAb
g Vb
Preliminary
68.3 95.5 99.5 % CL
SM
-0.12
-0.11
-0.10
-0.09
-0.08
-0.07
-0.45 -0.44 -0.43 -0.42 -0.41 -0.40
gLb
g Rb
Preliminary
68.3 95.5 99.5 % CL
SM
sin2θefflept from asymmetries
Leptoni : 0.23113 ± 0.00021
differenza di 3.3σ
Adroni : 0.23230± 0.00029
media : 0.23152± 0.00017
P(χ2) = 2.5%
LEP II
We+e- → ffe+e- → ffffHiggsSUSYHeavy flavour...
Fisica del W: σW, mW
Misura di mW da σW alla soglia Vertice ZWW !!!
EWWG (1996)
Fisica del W: mW
MW: ricostruzione diretta
Attenzione: possibile bias sulla massa dovuto a interazioni tra gli stati finali in qqqq (Bose-Einstein, colour reconnection)Stima: ∆M(4q-qqlν) = 9±44MeV
Fisica del W: mW
80.450 ± 0.039
mW
pp LEP
Moriond ‘02
Fisica del W: ΓW
2.15 ± 0.09
Consistenza interna dello SM
Measurement Pull (Omeas−Ofit)/σmeas
-3 -2 -1 0 1 2 3
-3 -2 -1 0 1 2 3
∆αhad(mZ)∆α(5) 0.02761 ± 0.00036 -.27
mZ [GeV]mZ [GeV] 91.1875 ± 0.0021 .01
ΓZ [GeV]ΓZ [GeV] 2.4952 ± 0.0023 -.42
σhad [nb]σ0 41.540 ± 0.037 1.63
RlRl 20.767 ± 0.025 1.05
AfbA0,l 0.01714 ± 0.00095 .70
Al(Pτ)Al(Pτ) 0.1465 ± 0.0033 -.53
RbRb 0.21646 ± 0.00065 1.06
RcRc 0.1719 ± 0.0031 -.11
AfbA0,b 0.0994 ± 0.0017 -2.64
AfbA0,c 0.0707 ± 0.0034 -1.05
AbAb 0.922 ± 0.020 -.64
AcAc 0.670 ± 0.026 .06
Al(SLD)Al(SLD) 0.1513 ± 0.0021 1.50
sin2θeffsin2θlept(Qfb) 0.2324 ± 0.0012 .86
mW [GeV]mW [GeV] 80.451 ± 0.033 1.73
ΓW [GeV]ΓW [GeV] 2.134 ± 0.069 .59
mt [GeV]mt [GeV] 174.3 ± 5.1 -.08
sin2θW(νN)sin2θW(νN) 0.2277 ± 0.0016 3.00
QW(Cs)QW(Cs) -72.39 ± 0.59 .84
Winter 2002
χ2/dof = 28.8/15
P(χ2) = 1.7%
Introdotta per la prima volta
Nuove misure
Fit globali allo SM
85+54-34121+166
-65100+64-4182+109
-41mH[GeV]
80.394 ± 0.01880.411 ± 0.02380.379 ± 0.02380.372 ± 0.033mW[GeV]
174.7 +4.5-4.3181+11
-9173.6+4.7-4.6171+11
-9mt [GeV]
Tutti i dati(mH)
LEP+SLD+mW+ΓW
(misura indiretta mt)
LEP I+SLD+mt(misura indiretta mW)
LEP I + SLD
Fit globali allo SM: mW e mt
80.2
80.3
80.4
80.5
80.6
130 150 170 190 210
mH [GeV]114 300 1000
mt [GeV]
mW
[G
eV]
Preliminary
68% CL
∆α
LEP1, SLD Data
LEP2, pp− Data
171+11-980.372 ±0.033fit
174.3 ±5.180.451 ±0.033mis.
Mt [GeV]mW [GeV]
Fit globali allo SM: mW
80.3
80.4
80.5
10 102
103
mH [GeV]
mW
[G
eV]
Excluded Preliminary
All except mW
68% CL
mW (LEP2, pp−)
80.379 ±0.023fit
80.451 ±0.033mis.
mW
Fit globali allo SM: mt
Mt [GeV]
CDF: evidence for …
LEP140
160
180
200
10 102
103
mH [GeV]
mt
[GeV
]
Excluded Preliminary
All except mt
68% CL
mt (TEVATRON)
Observation of …
Fit globali allo SM: mH
0
2
4
6
10020 400
mH [GeV]
∆χ2
Excluded Preliminary
∆αhad =∆α(5)
0.02761±0.00036
0.02747±0.00012
theory uncertaintymH =85+54
-34
mH <196 GeV, 95% C.L.
∆αhad(5) =0.02747 ± 0.00012
(hep-ph/0107318)
mH=98+53-36
mH <199 GeV, 95% C.L.
Higgs: ricerca diretta
-10
-5
0
5
10
15
20
25
100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120
mH(GeV/c2)
-2 ln
(Q)
ObservedExpected backgroundExpected signal + backgroundTest signal + background
LEP
Minimo a mh=115.6 GeV(dominato da ALEPH)
@115.6 GeV significatività=2.1σ
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120
mH(GeV/c2)
1-C
Lb
3σ
2σ
4σ
LEP
ObservedExpected for signal+backgroundExpected for background
@115.6 GeV 1- CLb=3.4%1-CLs+b=44%
Mh>114.1 95% CL
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
-15 -10 -5 0 5 10 15
-2 ln(Q)
Pro
babi
lity
den
sity Observed
Expected for backgroundExpected for signal (mH=115.6 GeV/c2)+ background
LEP
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120
mH(GeV/c2)
CL
s
114.1 115.4
LEP
ObservedExpected forbackground
La fortuna è cieca ma la sfortuna...
Conclusioni: l’eredità di LEP (per i pessimisti)
bob
ingrid
Conclusioni: l’eredità di LEP (per gli ottimisti)
•Una mole enorme di dati e di misure di grande precisione•Un nuovo metodo di lavoro:
- definizioni standard delle osservabili (fisici teorici !)- definizione standard delle grandezze misurate- studio accurato degli errori statistici e sistematici- tabulazione completa di tutti i dati necessari per
successivi studi teorici
•Qualche interessante discrepanza (~3σ) tra SM e dati•Un indizio dell’ Higgs dietro l’angolo ?
•Per noi fiorentini: un enorme bagaglio di esperienza !