Prsentation PowerPoint

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Prospectives de Découverte et de Mesure de la
Supersymétrie
Dirk Zerwas LAL-Orsay Pour le groupe de travail
Origine de la Masse
La Colle sur Loup 11 Octobre 2004

• Introduction
• Les bosons de Higgs
• Les particules supersymétriques
• Conclusions

Scénario Supersymétrie assez légère pour être
détectée
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Introduction
3 bosons de Higgs neutres h, A, H 1 paire de
boson de Higgs chargé H et des particules
supersymétriques

• Les paramètres du secteur de Higgs
• mA masse du pseudoscalaire
• tanß rapport valeurs moyennes dans le vide
• masse du top
• secteur du stop (tR, tL) masses et mélange

Limite théorique mh? 140GeV/c2

• Des modèles supersymétriques
• MSSM (extension minimale du MS)
• mSUGRA (supergravité minimale)
• GMSB
• AMB
• NMSSM

• R-parité conservée
• production de particules SUSY en paires
• désintégration jusquà la sparticule la plus
  legère
• LSP stable et neutre neutralino (?1)
• signature classique ET manquante

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Les bosons de Higgs

• Hypothèse
• particules SUSY plus lourdes que bosons de Higgs
• mêmes modes de production et de désintégration
• que MS des Higgs neutres (Jean-Claude Brient)
• couplages modifiés
• tenir compte du rapport dembranchement modifié
• recherche dans le plan mA/tanß

Recherche au Tevatron Exclusion couverture du
plan avec 10fb-1 Découverte il reste beaucoup à
faire!
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Les bosons de Higgs au LHC
Les bosons de Higgs lourds ouvrent dautres
canaux Les couplages HWW, HZZ décroissent avec
tanß A/Hbb, A/Htt, A/Hµµ augmentent avec tanß
m(A) m(H) m(H) à grand tanß A, H, H
section efficace tanß
Recherche de A/H ? µµ, tt
t ? b H? , H? ?t?
tth, h ? bb (Jean-Claude)
Lhéritage de LEP tanß petit est exclu
Identification des t importante
Précision attendue Canal µµ 0.1-2 Canal tt
1-12
h ??? (Jean-Claude)
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Lan 2015 plusieurs bosons de Higgs visibles,
mais pas partout! Comment savoir si on a un
boson de Higgs standard ou SUSY?
SLHC Permet de réduire la région avec un seul
boson de Higgs avec sa grande luminosité integrée
typiquement 50GeV/c2 sur mA
gb
mh120GeV/c2

gbSM
ILC
LHC
ILC Le boson de Higgs le plus léger sera détecté
et mesuré. jusquà mA700GeV/c2 la mesure de
rapport dembranchements permet de distinguer le
boson de Higgs (MS) du boson de Higgs (SUSY) 95
CL
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Les bosons de Higgs au ILC
HZ petit tanß
Production via Higgs Strahlung s(ee-? Z h/H )
sin2/cos2(ß-a) sMS Production associée s(ee-?
A h/H ) cos2/sin2(ß-a) ?sMS Complementarité
Higgs-Strahlung/prod ass.
HZ grand tanß
s(fb)
HA petit tanß
HA grand tanß
M(GeV/c2)
Bonne reconstruction de la masse bbbb 0.2-0.4
avec 50fb-1
5 via BR
Test de cohérence mesure indirecte ? mesure
directe
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Les Sparticules entrent en jeu!
Est-ce quon peut rater un boson de Higgs?
Au LHC Les bosons de Higgs peuvent aussi être
detectés et mesurés dans les désintégrations en
cascades (exemple de CMS)

• Un cas difficile
• Désintégration h en ?1 ?1
• ILC
• ee- ? h Z ? ?1 ?1 µ µ
• ?1 invisible
• mesure de la masse de recul au Z!
• précision attendue
• BR invisible supérieur à 2
• erreur sur la masse 20
• au moins un boson de Higgs
• sera observé et mesuré au ILC

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Les particules supersymétriques

• Collisionneurs hadroniques
• squark et gluinos
• section efficace importante (pb)
• multijet
• ET manquante

• Tevatron (2fb-1)
• squarks et gluinos (mSUGRA) 400GeV/c2
• ?2?? ? l l l ? ?1?1
  180GeV/c2
• sbottom, stop
  200GeV/c2

100fb-1
Gluino 2.5TeV/c2
10fb-1
Squark 2.5TeV/c2

• SLHC
• Squark et gluino 3TeV/c2

• LHC
• Squark et gluino 2.5TeV/c2

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Mesure de masses au LHC


Cascade centrale qL? q ?2 ? qlR l ? q l?1 l
les endpoints de masses invariantes jet-lepton,
lepton-lepton, lepton-lepton-jet contiennent de
linformation sur les différences de masses.
après ajustement
mllmax 77.024 0.042 0.08 mllqedge
431.3 2.4 4.3 mllqthr 204.6
2.8 2.0 m lfqmax 379.4 1.8
3.8 m lqmin 300.8 1.5 3.0
(100fb-1)
M?1 96.2 5.6GeV ( 96.1GeV)
MqL 543.39.6GeV (537.3GeV) M?2
176.95.5GeV (176.8GeV) M lR
143.15.7GeV (143 GeV)

• précision diff de masse
• échelle dénergie e,µ 0.1
• échelle dénergie jets 1

• bon accord
• forte corrélation des masses

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ILC Mesure des propriétés


Exemple ee- ? µR µR ? µ ?1 µ ?1 Mais techniques
assez générales

• Technique 2
• Variation de lénergie du collisionneur
• scan du seuil de production de sparticules
• mesure de la section efficace ß3(?1-(4m2/s))3
• précision qq
• prix à payer luminosité à haute énergie

?s400GeV 200fb-1
s (fb)
10fb-1/point

• Technique 1
• énergie leptonique
• seuils min-max
• Masses slepton et neutralino
• précision qq
• limitation les t

2mµ

bdf
?s
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ILC SUSY au delà des masses

• Comment prouver quil sagit de
• la supersymetrie?
• mesurer langle de production (e.g. µR)
• distribution sin2?
• accord prédiction spin-0

• La polarisation des faisceaux
• eReL voies t et s
• permet dannuler voie-s
• donc teste de nb quantique
• R et L via la charge!

• Polarisation des faisceaux
• sensibilité au contenu en champs des
• neutralinos et charginos
• P(e)0.8, P(e-)0.6
• s(ee- ? ?2?1 ? ee-?1?1)

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Complementarité LHC/ILC
Comment évaluer limpact relatif du LHC et ILC?

• LHC/LC Study Group (Weiglein)
• (aussi GDR-SUSY,
• Ecole des Houches 2003)
• choix dun jeu de paramètres
• analyses LHC, ILC
• faire des analyses combinées

• Jeu de paramètres
• masse scalaire m0100GeV/c2
• masse jaugino m1/2250GeV/c2
• tanß10
• A0-100GeV/c2
• parametre µ

Higgs compatible LEP Squarks, gluinos facilement
accessibles LHC ?2 ? tt 87 ?? ? t?
100
Le spectre favorise les deux machines


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Dans la pratique
LHC mesurera avec précision e.g. sdown 3 pb
charginos et neutralinos pas tous
ILC mesurera avec précision e.g. smuon 1.3
pas de gluinos, squarks (à part stop)
LHCILC Utilisation de la masse LSP du ILC dans
des analyses LHC réduit lerreur e.g. sdown 1.5
aussi intéressant que les masses sont les
paramètres fondamentaux
Approche Top-Down ajustement mSUGRA
LHC premières mesures ILC amélioration ordre de
grandeur
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MSSM
LHC
ILC
LHCILC
ajustement du MSSM approche bottom-up 24
paramètres à léchelle électrofaible

• LHC ou ILC
• certains paramètres doivent être fixés
• LHCILC
• ajustement de tous les paramètres
• améliorations de plusieurs paramètres

• Caveat
• erreurs LHC erreurs théoriques
• erreurs ILC ltlt erreurs théoriques
• SPA project amélioration prédictions
• théoriques

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Extrapolation à la grande échelle!
Détermination de tous les paramètres MSSM à l
échelle électrofaible ? extrapolation à
léchelle GUT! Lunification des couplages ai à
LEP dans le passé dans le futur unification des
masses de brisure douce?
1/Mi (GeV-1)
D3,Q3,U3,E3,L3 termes de brisure douce des
sfermions
Mi masses de brisure jaugino
M2 (103GeV2)
Q (GeV)
Q (GeV)
B. Allanach et al extrapolation avec précision
possible uniquement avec la combinaison de LHC
et ILC
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Conclusions

• Les bosons de Higgs
• exclusion du plan mA/tanß possible avec le
  TeVatron
• le LHC verra au minimum un, peut-être plusieurs
  bosons de Higgs
• ILC verra au moins un boson de Higgs et
  mesurera plus précisement des rapports
  dembranchement (SUSY/non-SUSY)
• Les particules supersymétriques
• ET manquante plus multijets au Tevatron
  (400GeV/c2) et LHC (2.5TeV/c2)
• premières mesures de masses des sparticules avec
  le LHC
• amélioration de précision (ordre de grandeur) et
  ajout de sparticules manquantes par lILC

Si la supersymétrie est réalisée dans la nature
et si les sparticules sont raisonnablement
légères, LHC et ILC ensemble permettront
détudier en détail la théorie!
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P.Janot, Moriond
Liens avec la Cosmologie
Après WMAP 0.0094 lt OMh2 nLSPmLSPlt 0.129
LSP (neutralino) est candidat pour la matière
noire
m0
SPS1a mesure LHC 3 densité relique
Faible différence de masse Stau-LSP ILC
précision
Quelques points particulièrement difficile
(M,F,K) Squarks 2.5-4TeV/c2 Sleptons
1-3.5TeV/c2 Neutralinos gt500GeV/c2
m 1/2