V. Precyzyjne testy Modelu

(1)

Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II 1

V. Precyzyjne testy Modelu

Standardowego w LEP, TeVatronie i

LHC

(2)

2

V.1 WYNIKI LEP

Jan Królikowski Fizyka Cząstek Elementarnych II

(3)

e

⁺

e

^-

Z

⁰

Calkowity

przekroj czynny

(4)

   

Q s 3 N

4 s M s

Q N M I

12 s

) M s

( s s

2 f

C

2 Z C

f 2 f

Z f e 2

Z 2 2 2

Z f



 

 





 

     





 



Całkowity przekrój czynny e

⁺

e

^-

f fbar

 

 

 

2 2 t

F

3 f A

W 2 f

3 f V

2 Z

2 2 f

A 2

V 3

Z F C f

16 m G 2 1 3

1 I g

; sin

Q 2 I

g

M m 1 4

) ( g

2 g 6

M N G

 































 



 O

(5)

Stałe

sprzężenia

(6)

Poprawki radiacyjne

(7)

Pomiar calkowitego przekroju czynnego w LEP

1990

DELPHI 1993-95

Martinez et.al. CERN-EP/98-027

(8)

Pomiar przekroju czynnego w LEPie

byl “prosty”

(9)

Pomiar swietlnosci

(10)

Przypadki Bhabba- wyzwalanie

i precyzja pomiaru

swietlnosci

(11)

11

PRZEWIDYWANIA MODELU STANDARDOWEGO I

POPRAWKI PROMIENISTE

(12)

Obserwable elektroslabe

(13)

LEP/SLC Rozne metody wyznaczania sin ²  _W

(14)

Precyzyjne testy i poprawki radiacyjne

(15)

Zaleznosci miedzy m

_t

, m

_W

, m

_H

(16)

m

_H

> 114.5 GeV/c

²

(17)

17

Masa Higgsa z globalnego dopasowania

(18)

18

Globalne dopasowanie i masa Higgsa

(19)

19

RÓŻNICZKOWE PRZEKROJE CZYNNE I ASYMETRIE

(20)

Rozniczkowe przekroje czynne i pomiar asymetrii

(21)

21

Asymetrie w rozpadach Z

⁰

(22)

Asymetrie

w e

⁺

e

^-

(23)

Pomiar asymetrii przod-tyl w rozpadach

w LEPie

• Selekcja rozpadow Zbbar

• Odrzucenie tla od innych rozpadow

Z

0

 bb

(24)

24

OZNACZANIE DŻETÓW B

•Za pomocą leptonów o dużych pędach (p

_L

lub p

_t

)

•Za pomocą detektorów wierzchołka

(25)

25

Znaczenie (tagowanie) dżetów b za pomocą leptonów

Metoda polega na znalezieniu wewnątrz dżetu leptonu o dużym pędzie lub pędzię poprzecznym do osi dżetu.

Oś dżetu jest wybrana

poprzez jeden z algorytmów szukania dżetów np. używając zmiennej thrust T:

1 T

2 / 1

p p n 1

n

max T

i i





 



(26)

26

wierzchołka

(27)

27

VTX detectors

(28)

28

Poszukiwanie wtórnego wierzchołka

(29)

29

Oznaczanie dżetów b

(30)

30

POMIAR R _B =BR(Z ⁰  B BBAR) W LEPIE

(31)

31

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(32)

32

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(33)

33

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(34)

34

Metoda pomiaru R

_b

i R

_c

(35)

35

Wynik R

_b

i R

_c

Antykorelacja dwóch mierzonych wielkości

(36)

36

SLC: ASYMETRIA POLARYZACYJNA

(37)

(Tylko) taon jest swoim własnym polarymetrem

(38)

(39)

(40)

40

V.2 SIN ²  _W Z

ODDZIAŁYWAŃ NEUTRIN (TEVATRON)

(41)

LEP/SLC Rozne metody wyznaczania

LEP/SLC

sin 2  _W

(42)

42

• Pomiar NUTEV „ciągnie” kąt Weiberga do dołu.

• Jest to pomiar przy niższych energiach i obarczony innymi błędami

systematycznymi.

(43)

Jan Królikowski 43 Seminarium FWE

9.05.2003 43

1.Zestawienie wyników sin

²



_W

z eksperymentów neutrinowych

NuTeV: sin

²^



^on-shell_W

=0.2277  0.0013  0.0009

(44)

9.05.2003 44

Wynik N1uTeV (PRL 88,091802,2002)

( )

2 on-shell W

m

t

-0.00022

sin =0.2277 0.0013 0.0009

H

GeV GeV

. ln m

GeV

ć - ö

ç ÷ +

ç ÷

č ø

ć ö

+ ´ ç ç č ÷ ÷ ø

± ±

2 2

2

175 50

0 00023

150 LEP EWWG ^:

sin

²



_W

=0.2227  0.0004

(45)

9.05.2003 45

Precyzyjne

testy MS +

wyniki NuTeV

(46)

9.05.2003 46

Precyzyjny pomiar s

²_W

poprzez ^NC

R = CC

gdzie r=

oraz w przybliżeniu:

CC CC

L

L R

R L

W W

R W

R r

g sin

g g

sin g

g

sin g

=

= +

»

» - +

»

+

2 4

2

2 4

2 2

1 2

1 5

2 9

5

9

(47)

9.05.2003 47

Produkcja cząstek powabnych tylko w próbce CC

(48)

9.05.2003 48

Dokładniej...

Mierzymy stosunek przekrojów czynnych na NC do przekrojów na CC dla neutrin i antyneutrin. Przekroje czynne zależą od scałkowanych po

{x, Q

²

} funkcji struktury. Dokładna analiza wymaga więc symulacji rozkładów wielkości mierzalnych używając f.s. W NuTeV używano f.s zmierzonych przez CCFR, poprawianych (i dostrajanych) na (do) wiele(u) efektów m.i.:

• poprawki na nieizoskalarność żelaznej tarczy,

• stosunek d/u

• efekty wyższych twistów,

• morze kwarków dziwnych,

• tłumienie produkcji cz. powabnych w CC,

• ewolucje f.s dla małych Q

²

(nie mierzonych przez CCFR).

Te poprawki i dostrojenia są niezbędne i kluczowe.

(49)

9.05.2003 49

Co się mierzy w eksprymentach neutrinowych?

W wiązkach neutrin i neutrin mierzymy:

sin

²



_W

otrzymujemy z w/w poprzez szczegółowy rachunki MC (widmo padających neutrin, przekroje czynne i f.s., detektor).

ó ó ó

ł ó ó

ł

ó

6

dla neutrin (1.6 10 przypadk w): 0.3916 0.0007 0.4050

0 dla antyneutrin (0.36 10 przypadk w ): .0 01 6

exp

# kr tkich przypadk w # NuTe

kandydat w NC R # d ugich przypadk w # k

V

andyda zmi

t w C erzy

C

´

±

´

±

= =

(50)

9.05.2003 50

Krótkie i długie przypadki

CC: Neutrina albo antyneutrina

mionowe

Nie rozróżniamy NC neutrin mionowych i

(NC+CC) elektronowych.

Nie rozróżniamy neutrin

od antyneutrin.

(51)

9.05.2003 51

Model oddziaływań CC i NC w detektorze służy do

wyznacznenia R

^

i R

^^bar

z mierzonych R

^_exp

i R

^^bar_exp

(52)

9.05.2003 52

WIĄZKA NEUTRIN W FNAL

(53)

9.05.2003 53

WIĄZKA NEUTRIN W FNAL contd.

Skład wiązki neutrinowej w funkcji długości

przypadku

(54)

9.05.2003 54

Detektor NuTeV

Dlugość 18 m 33 m

²

Masa tarczy 690 t

(55)

9.05.2003 55

ANALIZA cd.

Selekcja przypadków

(56)

9.05.2003 56

ANALIZA

L _cut

Krótkie CC

Krótkie długie

Długie NC

(57)

9.05.2003 57

ANALIZA cd.

Zmienne, których używano w analizie:

• energia hadronowa,

• położenie wierzchołka oddziaływania wzdłuż kalorymetru,

• położenie wierzchołka oddziaływania w pł. poprzecznej,

• koniec przypadku,

• długość przypadku.

Stabilność wyniku analizowano ze względu na w/w zmienne.

Niewielkie niestabilności posłużyły do wyznaczenia

poprawek i błędów systematycznych wyniku.

(58)

9.05.2003 58

ANALIZA cd.

Poprawki

obliczone

metodami

MC:

(59)

9.05.2003 59

ANALIZA cd.

STATYSTYKA

(60)

9.05.2003 60

ANALIZA cd.

Wynik

z dokładnością do 0.7%

(syst. 0.4%) ( )

( )

2 on-shell W

m

t

-0.00022

sin =0.2277 0.0013 0.0009

H

GeV GeV

. ln m

GeV

ć - ö

ç ÷ +

ç ÷

č ø

ć ö

+ ´ ç ç č ÷ ÷ ø

± ±

2 2

2

175 50

0 00023

150

(61)

9.05.2003 61

ANALIZA cd.

Niepewności systematycz ne

0.1%=0.00022

(62)

9.05.2003 62

Wynik NuTeV a inne pomiary

(63)

9.05.2003 63

Wynik NuTeV a inne pomiary

(64)

9.05.2003 64

Wynik NuTeV a inne pomiary

(65)

9.05.2003 65

Wynik NuTeV a inne pomiary

M _W

(66)

9.05.2003 66

Porównanie pomiarów 

(67)

9.05.2003 67

ANALIZA cd.

Poprawki wprowadzone do danych na podstawie

pomocniczych pomiarów:

(68)

68

V.3 TEVATRON I LHC

Fizyka elektrosłaba (bez fizyki ciężkich zapachów)

(69)