Energy Frontierの最新結果 ~TevatronとLHCから~ “旬な“話を掻い摘んで、、

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Energy Frontierの最新結果 ~TevatronとLHCから~ “旬な“話を掻い摘んで、、 寄田浩平(早稲田大学) 高エネルギー物理 春の学校 @滋賀県彦根 2011年 5月13-14日

素粒子の知ってる“つもり” この辺がEnergy Frontier実験 の検証ターゲット > ElectroWeak Sector   宇宙の始まり Super GUT ? String ??? この辺がEnergy Frontier実験 の検証ターゲット > ElectroWeak Sector  Higgs Mechanism - EWSBの源 - 真空の構造 - 質量の起源 > GUT/Planck Scale⇔EW Scale砂漠  1013~17の階層を許せるか? - 100% Beyond the SM 現在のYtは0.996 !? ~ 10-10 sec ~1000 - 100GeV ~ 10-1 sec ~GeV ~ 100 sec ~MeV TeV Scaleに何がしかの兆候が 見える可能性大(と思ってる)。 ~ 最近 ~eV 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p2

Energy Frontier (Livingston Chart) オリジナル(1960)の Livingston Plot (by M.S. Livingston) * ハドロンコライダーのエネルギーは実際の 重心系エネルギーを6で割っている(PDFを考慮して)。 LHC(~14TeV:2014-) Tevatron:1.96TeV LHC(7TeV:2011-12) ILC(0.5-1TeV, 20XY?) 2大Energy Frontier実験 1. LHC(pp, 7TeV14TeV) Started in Mar. 2010 (始まったばかりの実験!) 2. Tevatron(ppbar, 1.96TeV) RunII started in ~2002   (もうすぐ終わる実験!) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p3

Tevatron実験とLHC実験 Tevatron@Fermilab(USA) LHC@CERN(Switzerland) 2KM CMS ATLAS LHCb ALICE Jura CERN 円周~27Km 陽子・陽子衝突実験 7TeV→(8TeV)→14TeV LHCの本音:まずはデータ理解をし、 Tevatronを抜く物理結果を出す。 基本的には向かうところ敵なし! Tevatronの本音:LHCがしっかり動く前に、 ヒッグスを、、、、棄却(発見)したい!? LHCではできない(しにくい)物理を!? → あと数十年はEFに君臨する実験 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p4

Luminosity Frontier SuperKEKB: ~2x1035 (SLHC) KEKB: ~2x1034 比較的すぐ!? (だってpp衝突だもん) LHC(May 2011) Tevatron (だって、片方反陽子だもん) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p5

Luminosity Growth LHC Record ~ 8 x 1032 Tevatron Record ~ 4 x 1032 双方10日程前に更新! Tevatron Record ~ 4 x 1032 LHC Record (768 bunch, 50ns) ~ 8 x 1032 LHCは昨年5月からの 1年間で、Luminosityを 約104倍にしTevatronを抜いた。  この調子だと、 今年度:1~2 fb-1 来年度: ~5fb-1 も現実的! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p6

数字でみる最近の“熱“ CDF:論文数(PRL,PRD,PLB等) ATLAS:公式結果数(”Conf Note” level) 注意:自己集計です。 公式な数ではないので、 参考程度に、、。 (誤差~ 程度!?) CDF:論文数(PRL,PRD,PLB等) > やはりCDFではTop関連 の物理が充実。SUSYは 減衰気味?10日に一度の 論文発表。 > ATLASは凄まじい勢い。 特にSM絡みの成果が大。 (その他CP note etc) 今後はじゃんじゃんHiggs, やSUSYの結果が出る。 CDF SM Higgs Top SUSY Exotic B Total 2011 5 2 22 2010 13 10 4 7 3 42 2009 14 12 9 57 … 2005 11 1 6 40 ATLAS:公式結果数(”Conf Note” level) ATLAS SM Higgs Top SUSY Exotic B Total 2011 44 7 6 2 13 1 73 2010 67 3 5 81 2011年5月11日現在(なので2011年はx2倍?) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p7

だいたい、いいかんじ 今日のおはなしの内容 出てくる物理結果が多すぎて、全部カバーするのは無理!   → Detector/PID performance (特にATLAS/CMSで重要): InnerDetector, Calorimeter, Muon system  e/γ/μ/τ/bjet/…   → SMの(精密)測定・検証:   - Jet Physics, W/Z, Diboson, MinBias, UE tuning,,,   - Top quark physics   “Yesterday’s Discovery is Today’s Tool (& Background)” → Higgs Search: → New Physics Search: - SUSY, LQ, TC, BH, ED, X’, HIP..many other → And many more.. だいたい、いいかんじ 解析詳細は原則省きます。詳しくはpublic/conf note等を参照して下さい。 今回の解析結果のData量: ~35 pb-1 (ATLAS/CMS), ~7.1/8.2 fb-1 (CDF/DO) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p8

Higgs探索は難しい、、、。 Tevatronの例 、、でも存在するなら、衝突点ではたくさん できている。ただしbackgroundも大(S<<B)!  A needle in a haystack. 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p9

SM Higgsの生成 1位@LHC 2位@LHC 3位@LHC 1位@TeV 3位@TeV 2位@TeV 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p10

SM Higgsの崩壊 Low Mass High Mass > 質量の制限:(95% CL) ex) MSSM Higgs: - MH > 114.4 GeV (LEP) - MH < 158 GeV (SM global fit)    (MPV: 89 +35-26 GeV) - 158~173 GeVにはない(Tevatron) High Mass あるなら、この辺にありそう、、。 ex) MSSM Higgs:  小さいHiggsは重くない! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p11

Low Mass Higgs探索の最新結果 Low Mass Search CDF DO ATLAS CMS (mH=115 GeV) Exp. Limit/Lumi. WH→lvbb 3.5@5.7fb-1 4.8 @5.3fb-1 - ZH→vvbb 4.0@5.7fb-1 4.0@6.2fb-1 ZH→llbb 5.5@5.7fb-1 5.7@6.2fb-1 VH/VBF→bbjj 17.8@4.0fb-1 H/VH/VBF→ττ+jets 15.2@6.0fb-1 12.8@5.4fb-1 (△:H/A→ττ) H→γγ 13.5@7.0fb-1 11.5@8.2fb-1 ~20@36pb-1 ttH →ttbb 45.3@2.1fb-1 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p12

Tevatron: Low Mass Higgs探索 Key Point: > Increasing Acceptance > Powerful btagging algorithm > Improving dijet mass resolution > Powerful but unbiased method 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p13

Tevatron(Dzero): gg→H→γγ(γ1,γ2>25 GeV) > Dzeroが2週間前に8.2fb-1のデータ を使って結果を出した! (Brand New !) MVA: BDT Input Variables Leading γ ET 2nd leading γ ET γγのInvariant Mass, Mγγ γγのvector sumのpT Angle between two photons, ΔΦ(γγ) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p14

LHC(ATLAS): gg→H→γγ (γ1>40,γ2>25 GeV) ATLAS: Mar 2011の結果  1週間前にupdateされた結果 CMSはH→γγに関しては、 いまだ沈黙、、。だが、、、、 control region GKK 半値は~4.4GeV →上図で2bin   程度影響 1stPt>40, 2ndPt>25 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p15

MSSM H/A→ττ@LHC 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p16

MSSM H/A→ττ Limit (MA-tanβ) 双方Tevatronを抜き、World Bestとなった(から出した)。 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p17

High Mass Higgs探索の最新結果 High Mass Search CDF DO ATLAS CMS Exp. Limit/Lumi. gg→H→WW→lvlv ○ gg→H→WW→lvτv - gg→H→WW→lvjj gg→H→ZZ→llll gg→H→ZZ→llvv gg→H→ZZ→lljj 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p18

Tevatron: H→WW→lvlv 双方、単独で160GeV付近のHiggsの棄却を達成! Event Selection Mass Resonanceが作れない から大変(Bkgの理解重要)。   でも! Event Selection 1st PT(lep) > 20 GeV 2nd PT(lep) > 10 GeV Large Missing ET 9 inputs 双方、単独で160GeV付近のHiggsの棄却を達成! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p19

LHC: H→WW→lvlv ATLAS: CMS: MTでSignal Bandを定義 Cut-baseとBDT両方 → Cut&Count Method CMS: Cut-baseとBDT両方 4th fermionがある場合、 144-207GeVのHiggsを 棄却した(らしい)。 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p20

(少しだけ)ATLAS: H→ZZ→llll/lljj/llvv > ZZ→llll(もちろんBkgはZZ) > ZZ→lljj/llvv(もちろんBkgはZ+X) Expected Sig: 0.2-0.3 (@~300GeV) Expected Bkg: 10/5 Expected Sig: 0.1 (@200GeV) Expected Bkg: 0.11 Obs. Limit: 16.3xSM(@200GeV) Exp. Limit: 19.5xSM(@200GeV) Obs. Limit: 12xSM(@360GeV) Exp. Limit: 5xSM(@360GeV) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p21

ATLAS Combined Limit H→γγ/WW/ZZをCombineした結果 ほぼ全領域でσ/σSM>10を棄却しはじめた! 今年の夏は、Tevatronが戦える 最後の夏に!? ほぼ全領域でσ/σSM>10を棄却しはじめた! 高い質量領域まで感度がさほど落ちないのはさすが! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p22

SM Higgs探索の今後 Tevatron: LHC: 発見されても、Higgsを”Higgsだ”ということの難しさ (2011年9月迄運転10fb-1解析可能) LHC: 2011年(1-2fb-1),12年(~5fb-1) 発見されても、Higgsを”Higgsだ”ということの難しさ 質量測定 → 湯川結合(Yf ∝mf ?) → スピン測定 → 自己結合 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p23

BSM High Mass Bump Search(1) Signal region X l 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p24

BSM High Mass Bump Search(2) X jet 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p25

BSM High Mass Bump Search(3) > RS Graviton→γγ Dzeroは0.1(k/Mpl)で1.05TeV棄却、、 Bump Hunter P-value: 9% 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p26

High Mass Bump Search Summary E. Thompson (Moriond QCD 2011) Data量が~100倍以上のTevatronの結果をほとんど追い越している。 (Best LimitはCMSとの競い合い)→ Energy Frontierの醍醐味! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p27

SUSY Search SUSY探索の鍵: Baseline Search Mode: Missing ET + + 0/1-lepton Model Independentがベスト   →Searchの後、解釈を加える。    mSugra, AMSB、GMSB.. R-parityが保存してればLSPが安定   (宇宙論的にもうれしい) → Missing ETがある(と思ってる)。 カラーを持つ場合は、cascade decay からLSPに落ちる。 → jets/leptonsが複数出てくる(と思ってる)。 第三世代粒子のSUSYは軽め。   →Phase space大→Xsec大   → b-jetも重要(と思ってる)。 Baseline Search Mode: Missing ET + + 0/1-lepton + 2-leptono(SS/OS) + >=3 lepton + photon + bjets 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p28

SUSY Search: Main Result! > 1ヶ月前に出たCombine Result > 815 GeV @ 95% CL 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p29

最近の話題 > Dijet resonance (?) in W+2jets From CDF, 2011 April Excess: - 3.2σ (assuming dijet resolution of (~14 GeV)), something like ~4 pb peaks at 144 GeV… 理論家さん達はさっそく、TCだ、RPV SUSYだ、 Z’だと論文をこぞって書いています、、。 なにはともあれ、、、 New Idea ? … to justify/reject this “signal-like” bump ? 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p30

最近の話題の続き(W+2jetと(γγ)) 1ヶ月前にリリース 10日前リリース 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p31

本当に怖い低統計とMismodeling 乱数を使っただけの自作おもちゃプロットです!              (大意は無いので勘ぐらないようにしてください。) S/Bは左図と同じ データ量を20倍→ 当たり前だが、この段階では特に 真摯(unbias)な解析と数学的統計判断 が極めて重要。 やみくもに惑わされぬよう(かつ鈍感に ならぬよう)、気をつけましょう。 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p32

最後にTevatronから一つ、、 > Forward-Backward Asymmetry in top pair production 歴史的に、2σ levelがいつも消えない。 Dzeroもexcessあり(unfoldしてないので、 center valueは違う)。….??? 統計的に顕著ではないが、、→ LHC? → これをTevatronで測定すると、 (Lepton+jets) (Dilepton) 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p33

High Luminosityの世界 纏め 今年から(やっと)“LHC の時代”になることは間違いない! 言いたいこと: 今後:   ATLAS/CMS/CDF/Dzeroみんな頑張ってます!が、 1. Higgsはまだ見つかっていない  もっと統計がほしい! 2. SUSYもまだ見つかっていない  もっとEnergyがほしい! 3. 新粒子・新現象もまだ見つかっていない  やっぱり統計、Energy両方ほしい。 今後: -検出器のパフォーマンスの長期的確認(劣化やunexpectedな振る舞い) -Triggerの対応、理解(toward higher luminosity) -さらなるバックグラウンドの理解(統計では逃げられない) -Systematic Uncertaintyを減らす努力へ(←最後はこれが大事!) -Unbiasかつpowerfulな解析手法(Data-Driven、素敵なControl Region etc) -既知の物理の精密測定をし、より信頼性の高い探索へ! 「Don’t do what you want to do, just do what nature tells you」 by C. Rubbia 今年から(やっと)“LHC の時代”になることは間違いない! 2011年5月春の学校     寄田浩平(早大)       p34