LHC status
I spoke badaboutSUSY

In John Ellis’ room
11年11月6日日曜日

Mihoko M. Nojiri
KEK & IPMULHC実験（2008〜）
円周２７Kmのリング(陽子陽子衝突）
ビームエネルギー

3500-> 7000GeV

場所：スイス、フランス

11年11月6日日曜日

LHC実験（2008〜）
円周２７Kmのリング(陽子陽子衝突）
ビームエネルギー

3500-> 7000GeV

場所：スイス、フランス

Higgs 粒子の発見

目的

超対称粒子など標準模型を越える物理の粒子を発見（主に強い相互作用をする粒子とその崩壊から出てくるもの
今年の主たる成果
Higgs を 145~450 くらいまで否定。
スクオーク、グルイーノは1TeV くらいまで否定
いろんなレゾナンスを 1.5 TeV くらいまで否定
11年11月6日日曜日

LHC のルミノシティ
2012 年は多分
この倍くらいルミノシティが増える
エネルギーは増やさない

11年11月6日日曜日

エネルギーをあげるためには修理が必要(2013〜2014)
He の容器なかは1.9K

ビーム

断熱シート

ここで７５
隣の磁石につながるケルビン超伝導線(9kA)
断熱のための真空

ここがぶちきれないよ
うに修理しないと14TeV にいけない

11年11月6日日曜日

なんでLHC では何にもみつからないの？

11年11月6日日曜日

• In 90’s: QCD プロセスとくにグルオンがたくさん出るプロセスの計算方法が分かっていなかった。分布が理論とあわないので信用されていなかった。よく間違い発見もやった• QCD の理解の進展“Matching” and NLO

ex W+jet W+ 2jet .... c• 「見つかる時期がくるまで見つからなくなった。」• そしてここには無いと断言できるようになった“ハドロンコライダー初期（SPS）はありとあらゆるものを見つけたものだが”

photo 1972
11年11月6日日曜日

2003

Cross Section
2.52

Ratio of Cross-sectionsσ( ≥ n jets)/ σ( ≥ n-1 jets)σ(Data)/ σ(Theory)

Data vs Theory
CDF Run II Preliminary-1W→eν + ≥ n jets, 127 pb
JetClu R=0.4 (E T>15 GeV,|ηD |<2.4)

1.5
1
LO QCD µR/F= M2W
2LO QCD µR/F= <pT>

0.5012

3

Jet Multiplicity ( ≥ n jets)

4

0.3

CDF Run II Preliminary-1

W →eν + ≥ n jets, 127 pb
JetClu R=0.4 (E T>15 GeV,|ηD |<2.4)

0.2

0.1

LO QCD µR/F= M2W

Run II 127 pb

2Run I 108 pb

LO QCD µR/F= <pT>

123
Jet Multiplicity ( ≥ n jets)-1-1

4The smaller renormalization scale yields aThe ratio measures the decrease in the crosshigher cross section since αs has a higher

section with the addition of 1 jet. Thevalue at low q 2 ; moreover, this scale isbehaviour as a function of n-jets isstrongly dependent on the kinematics of thecompatible with a straight line; the deviation

process through the pt of the jets. The cross could be interpreted as a contribution to thesection with this scale crosses the measured

W + ≥ 2 jet cross section from parton levelvalues for W + ≥ 2 jets.

topologies not present in the W + ≥ 1 jet.

Measurement of W ± → e± ν + Inclusive n-jets Cross Sections with CDF Data at Tevatron Run II – p.15/19
11年11月6日日曜日

W+jets (leading SUSY BG at 7TeV )Tree level calculation works
Data vs Theory in 2003

11年11月6日日曜日

W+jets (leading SUSY BG at 7TeV )Tree level calculation works
Data vs Theory in 201111年11月6日日曜日

バックグラウンドを理解→
より難しいシグナルが発見／棄却できる• 現状

LHC のJets + W, Z and Jets + tt 分布は数値計算と非常に良くあう。 multi-jet ME and matching (Sherpa, Alpgen, Madgraph,... ) andvarious NLO generators.

• しかし”新しい物理”のシグナルは標準模型のプロセスにくらべて遥かに小さいので、標準模型のプロセスを1/1000 に減らすようなカットをしないといけない。現状ではそういうものまできちんと予言できるわけではないので、カットを大きくしたり実験データから推定してりしている。

• Higgs 探索とか SUSY 探索はそういう問題をかかえている. (ex: H-> WW)

11年11月6日日曜日

コライダーと素粒子論と宇宙論• Higgs Sector の階層性問題→New Physic に対する期待（余剰次元模型）• Dark matter の存在→素粒子模型拡張の必要性（理論のパリティ構造）• 模型の例

超対称模型(R parity) Little Higgs 模型(T parity) 余剰次元模型（ Z2 parity)• 超対称模型の場合Higgs sector についてかなり強い制限（もっとも簡単な模型では 130 GeV 以下
11年11月6日日曜日

この夏、 超対称模型はかなりヤバかったEPS:broad excess between
mH=128-158 GeV at 1fb-1(・・; )11年11月6日日曜日

この夏、 超対称模型はかなりヤバかった
EPS:broad excess between
mH=128-158 GeV at 1fb-1(・・; )
LP: the excess is less significant
at 2fb-1
Higgs boson above 145 GeV
is excluded (^_^; )11年11月6日日曜日

ATLAS Preliminary

MC mH=120 GeV, 5xSM

250

150

Total background (Fit)

1504

(*)

使えない

50100

Total background

501

0100
200
300
400
500
600
050100ZZ-> 4l150200
きれいなHiggs 探索チャンネル
H-> γγ（超少ない）（重くないmγ γ [GeV]
m4l [Gembb [GeV110•120130

140150160

The H! WW ! l"l" Chとだめ数少ない）ー＞来年以降兆候は？60∫-1

Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.1 fb
ATLAS Preliminary200

mH=120 GeV, 20xSM
Total background

H→ZZ →4l
3
WH, H→bb
Higgs の主な崩壊チャンネル H-> bb（バックグラウンド１００倍なので
1002•

250

mH=210 GeV, 1xSM

H→γ γ

100

Events / 10 GeV

62005∫

Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.1 fb
Data
ATLAS Preliminary
ATLAS Preliminary
Data

何が難しいか

300200

Data

Events/ 10/Events350• WW-> llnunu (ニュートリノが見えData

mH=120 GeV, 20xSM

Events/ 10GeV
Events/ 10GeV

Events /250

ない。運動量の不釣り合いからHiggs
Total background

150

July 20, 2011 – 18 : 59の質量を推定。ブロードな分布。）
WH, H→bb

100305025402030∫∫-1

Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.1 fb-1
Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.04 fb
ATLAS Preliminary
Data
ATLAS Preliminary
mH=120 GeV, 20xSM

Data

DRAFT

1520
10105Total backgroundmH=150 GeV, 1xSM

ZH, H→bb
Total background

H→H+0WW→lνlν +jet0j
208
6SelectionandBackgroundEstimatesforROIのイベント数を数えるcounting•50

miss0209
which contain
two250leptons, highwith pT 200> 25 GeV50 experiment。標準模型の理解が試され100 Events150
20050E T,rel , and
100 no jets
150
050
100150200m [GeV]m 250[Ge30210

for the H + 0 jet analysis
and required to satisfy the following additional
cbbbb

mT [GeV

211

11年11月6日日曜日
2518""• The transverse
momentumof
thedilepton
system,|P
t-1-1
T |, is required∫

Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.04 fb

nly/ 10 GeVるATLAS Preliminary/ 10 GeV0∫16

Data 2011, s = 7 TeV, Ldt = 1.04 fb

14ATLAS Preliminaryダークマターのある模型とコライダー• ...というのはちょっと広すぎるのでまずは超対称模型で。
• 超対称模型：総ての素粒子に超対称粒子. スピンが 1/2 だけ違う。模型のパラメータはたくさんある.

• GUT スケールで性質の同じ超対称粒子の質量が同じと思う模型がよくでてくる。m0 と M1/2 カラーをもった粒子は重く、弱い相互作用をする粒子は軽い• ダークマターはゲージ粒子とヒッグス粒子の超対称粒子 /あるいはグラビ
テーィノ• コライダー実験でダークマターだけ作っても見えない。まず強い相互作用をする超対称粒子を対生成→超対称粒子からダークマター

11年11月6日日曜日

超対称粒子の探し方• 質量が同程度ならスクオークとグルイーノを同時につくるのが生成断面積の40%• スクオーク 対生成-> 2hard jets

グルイーノ対生成-> 4jets• ニュートラリーノ、チャージーノ ->gluinoレプトン（お宝シグナル）• ダークマターが出る> 見えない運動量squarkがある• パートなが同じスピンの模型（Littleleading jetHiggs model with T parity／UED） でも基本は同じ

LPS
11年11月6日日曜日

SUSY
探索：とりあえず結果だけ
Progresson SUSY
Results of three SUSY
analyses completed on
2011 data (!T , Same
Sign and Opposite Sign
dileptons).
CMS-SUS-11-003
CMS-SUS-11-010
CMS-SUS-11-011

700

600

s = 7 TeV, " Ldt = 1 fb-1

CMS Preliminary&% = LSP2

m1/2 (GeV/c )CMS at EPS

CDF ~g , ~q, tan#=5, µ<0
D0 ~g , ~q, tan#=3, µ<02011 Limits~(1q250)GeV
2010 Limits±
LEP2 %$1tan# = 10, A = 0, µ > 00

500~±LEP2 l g~ (1250)GeV~(q1000)

GeV!T400

SS Dileptonq~(750g~ (1000)GeV)GeV

300g~ (750)GeV
q~(5002000OS Dilepton)GeV

g~ (500)GeV

200

400

600

800

1000
2q~(25m0 (GeV/c )0)GeV
g~ (250)GeV
Within the Constrained MSSM model weare crossing the borderofexcluding gluinos up to 1TeV and squarks up to 1.25TeV

11年11月6日日曜日

2
暗黒物質と核子の散乱断面積[cm ]これから探索ここが SUSY でいい場所らしい。
超重力理論を仮定するとLHCでdisfavor

暗黒物質の質量11年11月6日日曜日

ずっと小さくてもOKヒグシーノがLSP
Higgs の質量がたまたまLSP の２倍
stau とLSP が縮退

超重力模型を仮定すると妙なパラメーターしか残っていない。
こういうところに重点をおいた現象論をやるべき？

11年11月6日日曜日

足りないのは模型によりかからない探索• LSP の質量とグルイーノスクオークの質量は関係ない。 (liftingGUT relations) .

• LSPの性質とQCD セクターは無関係 (lifting GUT relation ofhiggs mass)• LSP が何と縮退するのもあり• もっと直接的な情報が必要（弱い相互作用をする超対称粒子を見つけるとか）• 大事なものを見落としている可能性（探索条件を精査）
11年11月6日日曜日

超対称粒子の探索
現状とこれから11年11月6日日曜日

固定したカットごとにシグナルの上限が与えられている

Results

excluded σxacc (fb)

ー＞自分の好きな模型に焼き直せる

2430477• No discrepancy with respect to SM predictions.

3217upper limit of eachsearch channel• The result is interpreted as a 95% CL exclusion limit on effective cross sections
using a profile likelihood ratio approach following the CLs prescriptions.
• Analysis giving best expected limit used in each point.
12I.Vivarelli - EPS-HEP, Grenoble July 21st-27th 2011
Saturday, July 23, 201111年11月6日日曜日

14TeV
発見は2TeVまで。
SUGRA!Parameter"#$%
測定は？

• 7TeV run excluded

significant parameter space

Expected after
7TeV run• 14TeV での生成断面積が1pb以下。つまり 30fb-1 として、30000イベントくらい。

11年11月6日日曜日

S.Asai 2003!JPS meeting発見から測定へ
多段崩壊からの質量決定の例

統計さえあればLSP の質量を 10% 程度で決定 DM の性質にも制限m(ll)LSPm(jl)

leptonleptonm(jll) with mll>0.5 mll(max)ee+µµ-eµ subtraction
is effective to selectsingle channel

Here is the trick!

squark

11年11月6日日曜日

jetm(jll)きれいなチャンネル(jets+ 2 l) は統計が足りない!
• 質量の５乗から６乗で生成断面積が落ちる。
• スクオークから重いニュートラリーノが 30% , lepton branch
6~20%→ たったの 2~6%.

• 30fb-1 x 1pb =30000-> 600 events(2% branch ) 全然役にたたな
いとまでは言わないが精密測定は無理。

• きれいなチャンネルにこだわらずにジェットばかりのイベントに注目というのをずっと主張している。

11年11月6日日曜日

レプトンの少ないチャンネル
は難しい
USE MT2~mass ofparents

2) ISR; Which jet comesfrom ISR?

A2
A1A1) jets arefrom A or B?

B1
B2

11年11月6日日曜日

BETmiss

レプトンの少ないチャンネル
は難しい
USE MT2~mass ofparents

2) ISR; Which jet comesfrom ISR?

A2

use part of the jets

A1A1) jets arefrom A or B?
Take minimum forjet combination
11年11月6日日曜日

B1
B2

BETmiss

With two invisible LSPs in the final state, each LSP momentum can not be determined
can be measured experimentally.
although the total missing transverse momentum pmiss
T
Furthermore, the LSP mass might not be known in advance. In such situation, one canintroduce a trial LSP mass mχ , and define the mT 2 variable as follows [10, 11]:!
"vis(1)(1)
vis(2)(2)(1)(2)
mT 2 (pT , mvis , pT , mvis , mχ ) ≡minmax{mT , mT } , (5)MT2 and mass reconstruction
χ(1){pTχ(2)+pT

vis(1)=−pTvis(2)

−pT}

χ(i)

where7TeVthe minimization
100fb-1 is performed over trial LSP momenta pT

MT2 本来親粒子の質量を上限とす

pT + pT
mgl=558GeV mul=825 GeV
χ(1)constrained asχ(2)= pmiss,
Tる分布だが、普通にやるとそれより†

In Ref.[11], mT 2 has been further generalized to the case involving more missing particles than two.
MT2min
上にたくさんイベントがでる。

input gluino mass 3
MT2min=重い粒子を生成すると必ずMT2

ハードなISR. -> 一個のジェットを除いてMT2 を計算すれば正しい上限にNojiri Sakurai 2010

“だいたいの質量は目で見てわかる”ー＞MC を使ってきちんと決定
11年11月6日日曜日

UED/LHT とSUSY は区別がつくか
スピンの違いによるジェット分布No spin correlation(Madgraph 2 by 2→pythia )pol dominantwith spin correlation
Madgraph2 by 4

azimuthalangle

11年11月6日日曜日

Nojiri, J. Shu JHEP 2011

来年何をやるべきか年内

1fb-1→ 5fb-1 SUSY scale 1.2TeV, そしてエネルギーは変わらないので来年はほとんど変わらない。
一方で統計はたくさんある。I High energy “high luminosity”
frontier→ W, top productions を理解して、標準模型とのシグナ
ルとかぶるようなnew physics のシグナルを探すべき。

例：今のSUSY 探索は 超対称粒子の質量に差があってhigh PTジェットが出る事にのっかかった解析なので、もっと一般的な場合について広げたい。
11年11月6日日曜日

400

600

800

1000 1200 1400 1600 1800400

Meff[GeV] case. No way ifsignal distribution of degenerate
tmLSP> 0.7 m(squark) ??

600

800

1000 1

Meff[M. N. and Kawagoe Phys.Rev.D74:115011,2006.

1000

450400350300600

250200400150100200600
400200

800

700
1000

600

800

600
500

600
400400300
400200200200

10000400

600

800

SUGRA LIKE

0400 400
600 600
800 800
10001000
12001200
14001400
1600
1800
1600
1800
Meff[GeV]
Meff[GeV]

1000 1200 1400 1600 1800
Meff[GeV]

900
800

500

1400
1200

800
ETmiss[GeV]ETmiss[GeV]

800’gnudata’ u 1:3:5

1000

ETmiss[GeV]"gnudata" u 1:3:5’gnudata’ using 1:3:5

1000

Most Degenerate

0 0mLSP=0.7 msq

FIG. 3: Meff vs E! T distribution for the model B, with M3 (GUT) = 650 GeV, tan β = 10 and’gnudata’ using 1:3:5
縮退してるとright) and R 1000
= 50 (bottom) respectively.
1400
12001) 超対称粒子が走ってない。

ちょっと標準的なカットを変更す
800

1000が。

11年11月6日日曜日

ETmiss[GeV]

2) 散乱断面積も見えるエネルギー
missing momentum
can be expressed
as follows,800
600
るとバックグラウンドの巨大な壁も小さくて、標準模型とかぶってい400
p = (p , 0, 0, p 600)
1

CMCM

400
p=(p,psin
θ, 0, pCM cos θ)
る。
2CMCM
200
pmiss = (Emiss , −pCM 200sin θ, 0, −pCM (1 + cos θ))3) 見えるものがどれもへろへろ。
00600 800 1000 1200 1400 1600 1800
where we take400thedirectionof the p1 momentum as z-axis and events ar
Meff[GeV]
missing energy Eand effective mass M(eff) are defined astest mass is correct, so most events are kept lower than mtop .
When analyzing events, we cannot tell the origins of visible particles: whether the particles
come from decaysof heavier particles or are QCD radiations. Practically, leading two jets
T2in pT are used as visible particles to construct MT 2 . If they correspond to two “correct”
particles, namely if each particle is a decay product of each pair-produced particle, MT 2behaves
as discussed
However,the jets
leading
can be decay products of one
calculateMT2above.
for leading
twoandparticles
mtest=0.
parent particle, and also hard ISR can be one or both of the leading particles. These cases
are called“combinatorics”.
tt distribution:
leading jets tend to be b-jets, and input test mass isIncorrect.
many events,
MTcannotparticles
corresponds
to Mm
2 of the leading
T 2 t.of the correct particles.
Theyextendtoo muchbeyondFor instance, the rate of correspondence is about half for q (1) q (1) or tt̄ as shown later. Comsignal
distribution:
Not muchpT jets
MUEDforparticle
binatorics
smearsthe MT 2 distribution.
Thehighsmearing
effectfrom
is significant
high MT 2 , anddecay. inTheleading
it is different
eachprocess. jet is initial state radiation.

Mfor background reduction
MUED case••1

Correct two partons
without USR
Correct two partons

q(1)q(1) → qqγ (1) γ (1)10-1

Leading two partons10-2

Leading two jets

-3

Initial state radiation
0100200300

4005006007001t t → bbW +W-Correct two partons
Leading two partons10-1

Leading two jets

10-2

1010-4σ -1d σ/dM T2 [(10 GeV)-1]

σ -1d σ/dM T2 [(10GeV)-1]•800

M T2 [GeV]-31010-40100200300

Murayama, Nojiri , Tobioka

400500

600

700

800

M T2 [GeV]

Figure 2: Distributions of MT 2 for q (1) q (1) → qqγ (1) γ (1) in the left and tt̄ → bb̄W + W −11年11月6日日曜日dabekops
I
about
SUSY

11年11月6日日曜日

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Question?