o quark top em atlas ist, lisboa 17 maio 2005 antónio onofre lip / ucp

O Quark Top em ATLASO Quark Top em ATLAS

IST,IST, Lisboa 17 Maio 2005Lisboa 17 Maio 2005

António António OnofreOnofreLIP / UCPLIP / UCP

SumárioSumário

I. I. O quark top no Modelo Padrão (SM)O quark top no Modelo Padrão (SM)

II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS

III. ConclusõesIII. Conclusões

IST, LisIST, Lisboa 17 Maio 2005boa 17 Maio 2005

I. O quark top no SMI. O quark top no SMPrimeira observação directa no FERMILAB Primeira observação directa no FERMILAB (CDF e D0 no TEVATRÃO)(CDF e D0 no TEVATRÃO)

Nν = 2.9841±0.0083

O quark top completa a estrutura de 3 O quark top completa a estrutura de 3 familias do SM:familias do SM: Possui spin=1/2, Possui spin=1/2, Carga=+2/3,Carga=+2/3, Transforma-se como um tripleto de cor Transforma-se como um tripleto de cor do do grupo de simetria SU(3),grupo de simetria SU(3), Parceiro de isospin fraco do quark b,Parceiro de isospin fraco do quark b,

=1.42GeV=1.42GeV (incluindo m(incluindo mbb,M,MWW,,ss,EW corr.),EW corr.)Tempo de Hadronização

Não existem hadrões do top

QCD-1=(100MeV)-1=10-23s

Mt => t<10-23s


O TEVATRÃOO TEVATRÃOO conhecimento experimental sobre o quark top é dominado pelo TEVATRÂO

•Run I (1992-1996)s = 1.8 TeVDescoberta do quark top em

1994!Luminosidade Integrada 120pb-1

•Run II (2001-hoje)s = 1.96 TeVLuminosidade Integrada até Abril

05:Em tape ~600pb-1

Analizada até agora ~350pb-1

•2 detectores “multi-purpose”

D e CDF

I. O quark top no SMI. O quark top no SM


1.1. A massa do top A massa do top (M(Mtt)) É um parâmetro fundamental do SM Mt e MW constrangem a massa do

bosão de Higgs (MH)

MW

Mt2

MW ln(MH)

Mt é da ordem da escala de energia da quebra de simetria da Interação EW Mt ~ VEV do campo de Higgs O quark top desempenha algum

papel especial no SM?

CDF&D0@2 fb-1

hep-ph/0410177



1. 1. A massa do top (TEVATRON,LEP,SLD)A massa do top (TEVATRON,LEP,SLD)

medidoinferido

Mt= 180.1 ± 3.6 (stat) ± 3.9 (sys)

Nova Análise de ~125 pb-1 dos dados colectados por D0 entre 1994 - 1996 (RUN I)



2002 2003 20042001

Peak lumi. above 1x1032 cm-2 s-1

Delivered luminosity approaches 800 pb-

1

Aug'04

2002 2003 20042001

CDF

Resumo dos Resultados de Mt


1. 1. A massa do top (TEVATRÃO)A massa do top (TEVATRÃO)


q

q

t

t ~85%

t

t

g

g~15%

Diagramas: Dependência com MH:

Dependência com Energia:

2. 2. A secção eficaz de pp tt A secção eficaz de pp tt (TEVATRÃO) (TEVATRÃO)

(pp tt)@NLL=6.7pb (15% erro) at Mt=175GeV



CDF Run 2 (Preliminar Abr05):

D0 RUN 2 (Preliminar Abr05):

2. 2. A secção eficaz de pp tt A secção eficaz de pp tt (TEVATRÃO) (TEVATRÃO)



3. 3. O decaimento t bW e a polarização O decaimento t bW e a polarização do Wdo W

t

W0 Longitudinal

F0

W

b

+1/2

+1/2

0

W- Esquerda

F-

tb

W

+1/2

-1/2

+1

W+ Direita

F+

tW

b

+1/2+1

-1/2V-A S

UPRIMID

O

O W possui 3 estados de helicidade:

“Esquerda”, “Longitudinal” e “Direita”O decaimento do quark top é a fonte mais importante de Ws longitudinais



Medir a fracção dos Ws longitudinais é: Testar uma previsão do SM: F0=0.7 e F-=0.3 (F+=0.0) Testar o vértice tWb, que se acredita ser do tipo (V-A)

220

2 )cos1(8

3)cos1(

8

3)cos1(

8

3)(cos

blblblblFFFw

F0 0.890.340.30 (stat) 0.17(syst)

F0 0.25@95%CL

3. 3. O decaimento t bW e a polarização O decaimento t bW e a polarização do Wdo W



4. Decaimentos raros do top4. Decaimentos raros do top

O top decai quase sempre para um quark b B(tWb)~1 Os decaimentos raros do top no SM são mesmo raros:

B(tWs)<0.18%, B(tWd)<0.02%

Teste em CDF Razão entre acontecimentos com e sem b´s: R=B(tWb)/B(tWq) = |Vtb|2 / (|Vtd|2 + |Vts|2 + |Vtb|2) =99.8%

Decaimentos FCNC: B(t c) +B(t u)<3.2% at 95% CL B(t Zc) +B(t Zu)<33% at 95% CL



II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 1. ATLAS no CERN1. ATLAS no CERN

Aeroporto de Geneve

O LHC

CERN

Acelerador SPS

CERN (Prevessin)

27 km

ATLAS, CMS, LHCb e ALICE

20 Estados Membros + US, Canada, Japan, Russia, China, India, ...

• Colisões Protão-Protão Ecm = 7000 + 7000 GeV• 800 milhões de colisões/s• O maior sistema criogénico do Mundo (1.8K, helium superfluido)• 27 km de magnetos com B=8T


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 1. Secções Eficazes de Produção em 1. Secções Eficazes de Produção em LHCLHC

σ(W→lν)

σ(tt)mt=175 GeV

(pp tt):

q

q

t

t 10%

t

t

g

g 90%

Taxa de Colisão Elevada LHC (Tevatrão) – cada 25 ns (396 ns)

Secções Eficazes Elevadas ~0.1b 2-3 interacções por colisão

• LHC inicial/baixa lumi L=1033cm-2s-

1

20 interacções por colisão• LHC design/alta lumi L=1034cm-2s-1

W, Z, top são relativamente raros Necessitam alta luminosidade Trigger é crucial: sel. Leptões alto pT


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 2.2. A massa do top (MA massa do top (Mtt) em ATLAS) em ATLAS

feixe protões feixe protões

W b

t

qq|

quark

quark Jato 2

Jato 1

Topologia Topologia SemileptónicaSemileptónica

e-e (1/81)

mu-mu (1/81)

tau-tau (1/81)

e -mu (2/81)

e -tau (2/81)

mu-tau (2/81)

e+jets (12/81)

mu+jets(12/81)

tau+jets(12/81)

jets (36/81)

pp tt bbWpp tt bbW++WW-- (833pb) (833pb)

• 1 Leptão pT>20 GeV, |η|<2.5• ET>20 GeV• ≥ 4 jatos ET>40 GeV, |η|<2.5• ≥ 2 b-tags

Sinal: tt bbqq´Sinal: tt bbqq´llll++ (l=e,(l=e,))


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 2.2. A massa do top (MA massa do top (Mtt) em ATLAS) em ATLAS

MMtt(had)(had)MMWW(had)(had)

Selecionados 87000 acontecimentos para 10fbSelecionados 87000 acontecimentos para 10fb-1-1 (S/B~78)(S/B~78)

Erros sistemáticos mais importantes: Erros sistemáticos mais importantes: Calibração em Energia dos jatos Calibração em Energia dos jatos Radiação (FSR) Radiação (FSR)

Erros Sistemáticos:Erros Sistemáticos:

SN-ATLAS-2004-040

Tot(sys) = 1.3 GeVTot(stat) = 0.1 GeV


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 3. 3. Spin do topSpin do top

A melhor maneira de aceder ao A melhor maneira de aceder ao spin spin do topdo top e´ estudar a distribuição e´ estudar a distribuição angular dos seus produtos de angular dos seus produtos de decaimento:decaimento:

ii = poder de análise da = poder de análise da partícula ipartícula i

Correlações de spin em pp Correlações de spin em pp tt: tt:


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 3. Correlações de spin em pp 3. Correlações de spin em pp tt tt

Distribuição diferencial dupla:Distribuição diferencial dupla:

Distribuição do ângulo de Distribuição do ângulo de abertura:abertura:

Previsões do SM:Previsões do SM:


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 3. Correlações de spin em pp 3. Correlações de spin em pp tt tt

feixe protões feixe protões

W bq

q|quark

quark Jato 2

Jato 1

Top. Top. SemileptónicaSemileptónica

Erros sistemáticos:Erros sistemáticos:

Resultados (SM):Resultados (SM):


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 4. Decaimentos FCNC do top (eventos 4. Decaimentos FCNC do top (eventos tt)tt)

Suprimidos no Suprimidos no SM ao nível SM ao nível árvore:árvore:IST, LisIST, Lisboa 17 Maio 2005boa 17 Maio 2005


A) Sensibilidade de ATLAS A) Sensibilidade de ATLAS (5(5):):

B) Ausência de sinal (95% B) Ausência de sinal (95% C.L.):C.L.):

C) Erros sistemáticos dominantes: MC) Erros sistemáticos dominantes: Mtt e e b-tagb-tag < 20%< 20%


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 5. Decaimentos FCNC do top (single 5. Decaimentos FCNC do top (single top)top)

A) Diagramas para a Produção A) Diagramas para a Produção Simples:Simples:

B) Decaimentos Estudados:B) Decaimentos Estudados:

ee



A)A)

B)B)



A) Sensibilidade de ATLAS A) Sensibilidade de ATLAS (5(5):):

B) Ausência de sinal (95% B) Ausência de sinal (95% C.L.):C.L.):


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 6. 6. Assimetrias Angulares nos decaimentos do Assimetrias Angulares nos decaimentos do toptop

A) Definição:A) Definição:

l+

lq

q

l+

t

l

q

t

q

W+

l+

bt bl

t

l

q

t

q



A) Análise I:A) Análise I:

B) Análise II:B) Análise II:


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 6. 6. Assimetrias Angulares nos decaimentos do Assimetrias Angulares nos decaimentos do toptop Erros Erros

SistemáticosSistemáticos

B) Análise II:B) Análise II:

A) Análise I:A) Análise I:


II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 7. Implicações das 7. Implicações das Assimetrias AngularesAssimetrias Angulares

A) Acoplamentos anómalos:A) Acoplamentos anómalos: V VtbtbRR, g, gLL, g, gRR

PRD 67, 014009 PRD 67, 014009 (2003)(2003)

AAFBFB depende de depende de VVtbtb

RR, g, gLL, g, gRR

B) Correlações de B) Correlações de Spin:Spin:AA11 depende de C depende de C

AA22 depende de D depende de D


Conclusões Conclusões Estamos Estamos (apenas!)(apenas!) a dois anos dos a dois anos dos primeiros dadosprimeiros dados

Vai realizar-se um Workshop Internacional Vai realizar-se um Workshop Internacional em em Coimbra sobre a Física do quark top - Coimbra sobre a Física do quark top - participemparticipem

Outras análises estão em estudo Outras análises estão em estudo ((QQtt,,spinspin, , Acoplamentos EWAcoplamentos EW, , estrutura do estrutura do toptop?!... )?!... )

II. O quark top em ATLASII. O quark top em ATLAS 1. Quark Radius at HERA1. Quark Radius at HERA


QQ22=-(k-k’)=-(k-k’)22=-q=-q22

dd/dQ/dQ2 2 = d= dSMSM/dQ/dQ2 2 xx ffqq(Q(Q22) ) ee±±(k)(k) ee±±(k’),(k’),ee

qq q,q’q,q’

,Z,W,Z,W

SMSM

q-form factor:q-form factor:ffqq(Q(Q22)=1 - )=1 - 1 1 <R<R22>Q>Q22

66

Result H1:Result H1:

R<1.7x10R<1.7x10-16-16cmcmResult ZEUS:Result ZEUS:

R<0.73x10R<0.73x10-16-16cmcm

o quark top em atlas ist, lisboa 17 maio 2005 antónio onofre lip / ucp

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