A Física de LEP. 16 / Nov / imagens de Paul Langacker, CERN Photo archives e das Colaborações LEP e LHC

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Victor Diegues Carrilho
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1 A Física de LEP 16 / Nov / 2009 imagens de Paul Langacker, CERN Photo archives e das Colaborações LEP e LHC

2 The Large Electron Positron collider dl ep Aleph = 26.7 km s = GeV Opal e + Delphi L3 e CERN 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 2/22

RUN 323 Event 517 Z qq - 14 Aug 1989 RUN 109372 Event 8483 (W + W

3 LEP 12 Years of Events per expt.: ~4 MZ s, 10 k WW s LEP-1: LEP-2: s 2M W RUN 323 Event 517 Z qq - 14 Aug 1989 RUN Event 8483 (W + W - 4q at 209 GeV ) 19 Apr st Z Not_the_last WW 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 3/22

4 LEP = Z and W ± Factory Probability e + e hadrons LEP design limit 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 4/22

5 4 Experiments ALEPH L3 OPAL 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 5/22

6 Advantages of LEP(1+2) for QCD Collider e + e => No partons in initial state! to mess up with the fragmentation in the final state! Energy well determined (and range GeV!) Studies with c.m.energy performed in the same experiments! Observables Cleaner and Easier to measure. Count and measure objects easily reconstructed It can be made with data samples of modest size. Statistical Errors on means scale with Smaller hadronization corrections at higher energies Four Experiments (with very different detectors) And there are very large datasets! (4 MZ s + 10 k W + W s)/expt. 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 6/22

The phases of the process e + e hadrons Time 5 1 Electroweak Process Well determined, calculable 2 Perturbative QCD DATA Acquired at the end of phase 5!

7 The phases of the process e + e hadrons Time 5 1 Electroweak Process Well determined, calculable 2 Perturbative QCD DATA Acquired at the end of phase 5! To infer properties in previous phases, needs to be corrected via MC Simulation. Matrix Element + Parton Shower 3 Hadronization 5 THE Detectors 4 Decays of Unstable Hadrons From data tables (spectroscopy) Phenomenological models to transform partons into final state hadrons 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 7/22

8 The four LEP Experiments Shopping List ALEPH DELPHI L3 OPAL Magnet(*) SC, 1.5T SC, 1.25T NC, 0.7T NC, 0.5T Vertex Det. s Aft yes yes yes Tracking Large TPC(**) TPC(**) Silicon Det. Jet Chambers E.M. Calorimetry Had. Calorimetry Particle Id Standard Instrumented Return Yoke Vertex+dE/dX TPC-like+ lead + PbWO Crystals Instrumented Return Yoke Vertex+dE/dX + Cherenkov angle BGO Crystals Small, standard Vertex+dE/dX Main Feature Track resolution Particle Id E.M.Calorimetry Standard Instrumented Return Yoke Vertex+dE/dX Safe Technol., Results/Cost (*) Magnet can be Super-Conducting (SC) or Normal Conducting (NC) (**) TPC = Time Projection Chamber = gaseous drift chamber as a tracking detector 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 8/22

9 The DELPHI Detector(s) hadr. calorimetry e.m. calorimetry cherenkov tracking vertexing muon chambers +symmetrical cover 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 9/22

10 The DELPHI Collaboration July 2001 In front of the Barrel set of detectors, after the shutdown of the accelerator 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 10/22

11 LEP-1 experimental techniques is based on displaced vertices IP = Impact Parameter (signed) IP<0 IP>0 resolution 2nd vertex+ resolution s = IP/error 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 11/22

12 b tag: Classifying evts. w/ b quarks Efficiency.vs. Purity b quarks live longer (~1.6 ps)! working point B hadrons travel more (>~3 mm)! 16/Novembro/2009 Pedro Abreu A Física de LEP 12/22

13 Medidas de LEP Massa e Largura do Z Massa e Largura do W Propriedades do Z Propriedades combinadas para Massa do quark top Massa do Higgs Pesquisas de Nova Física QCD na próxima aula

14 Massa e Largura do Z

16 Massa e Largura do W

17 Massa e Largura do W - LEP

18 Massa e Largura do W World Av.

19 Propriedades do Z

20 Propriedades combinadas Massa do quark top

21 Propriedades combinadas Massa do Higgs

22 Pesquisas...mas três famílias, PORQUÊ?!...o Modelo Padrão não está completo... Onde pára o Higgs?!......e os electrões e quarks, não terão também uma subestrutura? Análises efectuadas: Leptões compostos Supersimetria (neutralinos) Higgs fermiofóbico Leptoquarks 4ª Família (de quarks) (é que nos modelos mais simples, devia existir um bosão de higgs leve!)...e se o Higgs não se ligasse aos fermiões??! Acoplamentos anómalos em WWγ FCNC (processos neutros com troca de sabor) Pentaquarks (qqqqq) Anomalias em QED Análises topológicas (procura de surpresas...) [ 5 dimensões + gravidade ] efeitos em LEP?

23 Os electrões terão estrutura interna? Compositeness: modelos com e + e * e - e - e + Leptões compostos e * e + e - e[e * ] γ γ Limites em N Limites em

24 Higgs Fermiofóbico Bosão de Higgs que não gosta de fermiões γ e + e - Z 0,γ h 0 Z 0 γ fundo simulado dados hipóteses h 0 s Colab. com teóricos: M A >m h +M Z 2HDM ( A,h) m h /2<M A <m h +M Z limite 2m b <M A <m h /2

25 Mais 1 família? ( quark b ) Ex: b bz Colab. com teóricos:

26 Medidas QED e + e - e + e - e[e * ] γ (fotões) γ

27 Conclusions LEP has worked marvelously for 12 years A total of 16 Million Z s + 50 k WW s Very precise measurements made Searches for New Physics performed...waiting eagerly for LHC to start-up!

28 Massa e Largura do Z lineshape do Z: (f = e,,, s,b,c, q)

30 Propriedades do Z Razões de Fraccionamento l=e,, : hadrões: neutrinos :

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