D0 : physique au Tevatron - IPNL - IN2P3

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Quarks & Leptons IPNL - Rapport d’activité 2008-2009 Calorimétrie Depuis 2005, nous avons la co-responsabilité du groupe « calorimeter algorithms » de D0 et ce jusqu’en août 2009. Ce groupe a en charge la calibration du calorimètre et le développement et la certification des algorithmes de reconstruction (jets, électrons, taus, et énergie transverse manquante), informations essentielles sur les objets utilisés par les analyses de physique. En ce qui concerne la calibration du calorimètre, le groupe de l’IPNL est responsable, et cela depuis 2007, du développement et de la maintenance du software de reconstruction et des bases de données de calibration du calorimètre. Un des développements effectué est la prise en charge dans cette base de données de l’ICD (InterCryostat Detector) et la mise en place de procédures régulières de calibration de cette sous partie du détecteur. Le groupe assure aussi le suivi de la calibration électronique des 55296 canaux du calorimètre. Pour la reconstruction des objets dans le calorimètre, nous contribuons à leurs certifications pour les analyses de physiques. Ceci implique la validation des mesures d’efficacités de reconstruction et d’identification de ces objets dans les données et la simulation. Ces informations servent ensuite a toute les analyses de données dans D0 utilisant le calorimètre. Un des travaux important réalisé a partir de 2005 a été l’étude de ces efficacités en fonction de la luminosité instantanée du Tevatron, dont la valeur maximale a plus que triplé entre 2005 et 2009. A très haute luminosité, le nombre de collisions par croisement de faisceaux est supérieur à 10 ; l’occupation dans le calorimètre est donc importante ; et les efficacités de reconstruction et d’identification des objets, en général, diminuent. Des modifications ont donc été apportées aux algorithmes pour améliorer ces efficacités à haute luminosité, et les simulations ont été corrigées pour tenir correctement compte de ces effets. En plus du travail de coordination et de vérification au sein de ce groupe, nous nous sommes particulièrement intéressés à la mesure de l’énergie transverse manquante (MET), ingrédient essentiel des analyses que nous effectuons a l’IPNL. La mesure de l’énergie transverse manquante nécessite une compréhension globale des événements, et doit être correctement corrigée pour tenir compte de l’échelle d’énergie des jets, des électrons, des taus, et de la présence de muons dans le spectromètre. La procédure de corrections de la mesure de MET a donc été développée et mise en place. D’autre part, l’étude des événements a grand MET nécessite une très bonne compréhension du fonctionnement du calorimètre car le moindre problème dans l’électronique de lecture ou le moindre bruit interne ou externe générant de grandes énergies, va modifier la queue de distribution de l’énergie transverse manquante. Or c’est dans cette zone que nous recherchons un signe de nouvelle physique. En plus du monitoring en ligne qui permet d’identifier très tôt une grande partie des problèmes, un monitoring hors ligne détaillé a été mis en place. Il permet d’analyser les données du calorimètre en fonction du temps par tranche d’une minute, et de rejeter, avec une très fine granularité les portions de données ou le calorimètre a eu un dysfonctionnement. Recherche de nouvelles particules L’axe principal de recherche a été la recherche de nouvelle physique, dont nous avons eu la co-responsabilité dans la collaboration D0 en 2007-2008. Le groupe est spécialisé dans les topologies d’événements avec des jets et de l’énergie transverse manquante. Nous nous intéressons principalement à la recherche de la supersymétrie, mais d’autres modèles (Leptoquarks, « Little Higgs ») ont également été considérés. Parmi toutes les particules supersymétriques, les squarks et les gluinos, partenaires supersymétriques des quarks et des gluons, seraient celles le plus abondamment produites au Tevatron, et bientôt au LHC. Ces squarks et gluinos se désintégreraient principalement en quarks, donnant la signature jets et énergie transverse manquante recherchée, dans le cas ou la R-parité est conservée. - Recherche de squarks et de gluinos La première analyse de recherche de squarks et de gluinos est celle dite générique ou l’on ne cherche pas à identifier la saveur des quarks. La sélection des événements est optimisée séparément pour les événements > =2 jets + MET, > = 3 jets + MET et > = 4 jets + MET. Dans la dernière mise à jour publiée en 2008 qui utilise 2,1 fb-1 de données [1], les limites suivantes ont été obtenues : M(squark) > 379 GeV/c 2 et M(gluino) > 308 GeV/c 2 pour tan(β)=3, A 0 =0, et μ = 2 jets + > = 1 tau + MET, provenant de la désintégrations de paire de squarks. Les désintégrations hadroniques Figure 2 : Contour d’exclusion a 95% C.L. dans le plan (Mgluino,Msquark) pour tan(β)=3, A 0 =0, et μ
IPNL - Rapport d’activité 2008-2009 Quarks & Leptons des taus ont été considérées. La difficulté de cette analyse réside dans l’identification de ces taus dans un environnement multijets, car les jets peuvent également être faussement identifiés comme des taus. L’analyse a été effectuée à partir de 1 fb-1 de données enregistrées durant le RunIIa du Tevatron [2]. Des limites ont été obtenues sur la masse des squarks, et on permis de contraindre un peu plus le modèle mSUGRA dans la région de l’espace des paramètres privilégiant cette état final > = 2 jets + > = 1 tau + MET. C’est la première fois que cette topologie est utilisée en collisionneur hadronique pour la recherche de la supersymétrie. Ces résultats sont complémentaires à l’analyse générique de recherche des squarks-gluinos, et aux recherches de la supersymétrie dans le canal tri-lepton. A la suite d’une étude de prospectives avec des théoriciens de Fermilab et de l’université de Cornell sur la recherche de nouvelles particules, les T-quarks prédits par un modèle « Little Higgs », nous avons effectué en 2008 une analyse utilisant 2,5 fb -1 de données dans le canal exclusif 2 jets +MET. Nos résultats ont permis d’exclure des T-quarks avec des masses pouvant aller jusqu’à 404 GeV/c 2 [3]. C’est la première analyse donnant des limites directes a partir de données de collisions sur un modèle « Little Higgs ». Les résultats de cette analyse ont également été utilisés pour obtenir la limite, M(LQ) > 205 GeV sur la masse des leptoquarks scalaires dans l’hypothèse, BR (LQ-LQ → qνqν) = 100%. Cette limite est également la plus élevée à ce jour. - Higgs à 2 doublets Poursuivant les activités liées à une thèse soutenue dans le groupe en 2003, le groupe a continué ses études du modèle de Higgs à 2 doublets. D’une part en développant une analyse de recherche du boson de Higgs se désintégrant en violant la saveur leptonique en tau et muon. Cette voie de désintégration peut être reliée au désaccord observé entre théorie et expérience sur le moment magnétique anormal du muon. Une nouvelle collaboration a été initiée avec le groupe théorie de l’IPNL pour prendre un compte les contraintes issues des limites sur la désintégration du tau en muon + photon dans le cadre des modèles à 2 doublets de Higgs avec violation de la saveur leptonique. Mesure de précision de la masse du boson W Rentabilisant pleinement les investissements et l’expertise acquise sur le calorimètre, le groupe D0 de l’IPNL démarre en 2009 une nouvelle activité sur la mesure de la masse du boson W avec les données du RunIIb. Ce travail s’effectue en collaboration notamment avec les groupes français du LAL et du LPSC qui ont effectué cette mesure avec les données du RunIIa. En utilisant 1fb-1 de données du RunIIa, la masse du W mesurée par D0 dans le canal W → eν est : 80,401 ± 0,043 GeV/ c2. L’incertitude est limitée par l’échelle d’énergie des électrons, qui dépend uniquement du nombre d’événements Z->ee utilisés pour déterminer cette échelle d’énergie. Cette incertitude diminue donc en augmentant la statistique. La précision de cette mesure est un résultat capital pour tester la validité du modèle standard, et pour contraindre indirectement la masse du boson de Higgs. Références [1] VM Abazov et al (D0 Collaboration), “Search for squarks and gluinos in events with jets and missing transverse energy using 2.1 fb−1 of ppbar collision data at sqrt(s)=196 TeV”, Phys. Lett. B 660 (2008) 449. [2] VM Abazov et al (D0 Collaboration), “Search for squark production with jets, hadronically decaying tau lepton and missing transverse energy at sqrt(s)=196 TeV”, arXiv:/0905.4086[hep-ex], submitted to Phys. Lett. B. [3] VM Abazov et al (D0 Collaboration), “Search for scalar leptoquarks and T-odd quarks in the acoplanar jet topology using 2.5 fb-1 of ppbar collision data at sqrt(s)=196 TeV”, Phys. Lett. B 668 (2008) 357. 17
Page 1: IPNL - Rapport d’activité 2008-2

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