Измерение процесса H µµµµ в эксперименте АТЛАС (Состояние дел и планы, 28.04.2005) Сканирование по массам Хиггс-бозона. - презентация

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

2 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)

3 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

4 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

5 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).

6 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.

7 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.

8 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.

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

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

11 Скан по массе: трековый анализ

12 Скан по массе: калориметрический анализ

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

14 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...

15 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.

16 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)

17 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