Измерение процесса H µµµµ в эксперименте АТЛАС (Состояние дел и планы, ) Сканирование по массам Хиггс-бозона

Участие группы ОИЯИ в работе Higgs Working Group Поиск Хиггс- бозона – одна из основных задач программы LHC и ATLAS. Координация работ групп различных институтов ATLAS осуществляется в рамках Higgs Working Group Группа ОИЯИ участвует в работе этой группы с лета 2003 г. Кроме ОИЯИ данной проблемой занимаются группы из Италии (Рим), Греции (Афины) и США (Висконсин)

Различие подходов Другие группы ( Rome+Athen+Wisc. ) Группа ОИЯИ Стратегия работы Скан по массе Н.а) М Н =130 ГэВ b) Скан по массе Н Набор детекторов a) Мюон+ID b) Мюон+Tile Учет pile-up NOYES Учет фона n NOYES

Основные принципы метода Отбор сигнала производится в мюонной системе: 4 мюона с инвариантной массой дающей пик при M H ; для одной из пар M µµ =M Z Подавление «устранимого фона» tt и Zbb: критерий изолированности мюона во внутреннем трекере либо в калориметре Подавление «неустранимого фона» ZZ: при помощи «функции правдоподобия», конструируемой из кинематических переменных, измеряемых в мюонной системе

Основные результаты По результатам анализа точки M H =130 ГэВ была опубликована работа в ЭЧАЯ (Т.2,2(125),2005) и ATLAS note. В настоящее время завершен «скан по массе», т.е. анализ распространен на массы Хиггс-бозона от 130 до 180 ГэВ Таким образом, группа ОИЯИ – единственная: а) выполнившая одновременно и скан по массе, и моделирование фоновых условий ускорителя; б) показавшая возможность выделения Хиггс на основе данных только от мюонной и калори- метрической систем (без внутреннего трекера).

По поводу Data Challenge Массовая генерация событий в АТЛАС (Data Challenge) крайне важный этап, позволяющий: а) проверить работоспособность всей цепочка программ моделирования-восстановления; б) получить «эталонную» выборку событий (на уровне ÷ от ожидаемой статистики АТЛАС) для проверки тождественности иных расчетов; в) проверить реальный статус РС-ферм в центрах в которых планируется обработка событий АТЛАС НО для серьезного анализа этих данных недостаточно ни для исследуемых событий (за исключением редких) ни (особенно!) для анализа фона.

Поэтому нами самостоятельно генерировались как события Хиггс, так и фоновые события. Сечение фоновых процессов (tt и Zbb) в ~ 10 4 раз превышает сечение Хиггс (0.5 fb. и ~ 10 4 fb). Сгенерировать такое число событий невозможно. Поэтому нами производился отбор наиболее «опасных» фоновых событий (4µ) до начала работы пакета полного моделирования в GEANT - сразу после генератора событий. Этот прием позволил в 200 раз уменьшить число генерируемых фоновых событий. Но, тем не менее, их число все же существенно больше Хиггс событий (~ в 100 раз) поэтому – основное время счета ушло на генерирование фоновых событий.

Проблема иного фона (Pile-up & n) Pile-up. Из за высокой светимости LHC за время регистрации одного «полезного» события ATLAS будет регистрировать дополнительно от 4.5 (низкая светимость) до 23 (высокая светимость) minimum bias событий. n – фон. Как известно (вновь как результат большой светимости LHC) шахта ATLAS будет буквально «заполнена» медленными (~MeV) нейтронами и γ- квантами. Без учета этого фона не может быть серьезного анализа. При помощи Павла Невского нам удалось промоделировать и этот фон тоже.

Инвариантная масса системы µµµµ: трековый анализ без учета pile-up M H =180 GeV M H =140 GeV

Инвариантная масса системы µµµµ: калориметрический анализ с учетом pile-up

Скан по массе: трековый анализ

Скан по массе: калориметрический анализ

Сравнение с другими группами: только трековый анализ, только без учета pile-up…

Выводы Завершен (почти) скан по массе Хиггс-бозона. Только в работе нашей группы учтены фоновые условияиз за pile-up и показана возможность выделения событий Хиггс без использования информации от внутреннего трекера (калориметрический анализ). Продемонстрирована важность учета фоновых условий, особенно в калориметрическом анализе Трековый анализ обеспечивает открытие Хиггса (на уровне 5σ) любой массы ( ГэВ) уже через 3 года работы при низкой светимости LHC. Калориметрический анализ обеспечивает открытие через 3 года высокой светимости Защищена одна дипломная работа, на подходе вторая...

Ближайшие планы -1 Значимость этой работы целиком определяется качеством МС генератора искомых событий. В используемом до сих пор «стандартном» генераторе PYTHIA не все учтено с возможной ныне точностью. (Пример - 4µ рассматриваются как рождение двух пар независимых мюонов) Планируется включить в анализ наработки группы Бардина (проект SANC). В качестве первого шага - создание более корректных генераторов событий H µµµµ и qq ZZ (Сигнал и основной фон. См. два следующих сообщения) Так как подавление фона ZZ основано на кинематических особенностях мы ожидаем заметного эффекта от учета тождественности (мюонов) и рад. поправок.

Ближайшие планы -2 Все результаты получены на stand-alone software. Такой подход позволил быстро получить первые значимые результаты, но к настоящему времени исчерпал себя. Ближайшая задача: переход на mainstream software! В рамках ATLAS Higgs Working Group подготовить журнальную публикацию объединенного результата коллаборации ATLAS (работа уже идёт)

Текущий состав участников 1.Игорь БОЙКО – к.ф.м.н. 33 года 2.Кирилл НИКОЛАЕВ – аспирант 25 лет 3.Мария ШИЯКОВА – н.сотр 26 лет 4.Алексей ЩЕРБАКОВ – студент 23 года 5.Георгий ШЕЛКОВ – к.ф.м.н 60 лет