Buscando a SUSY Departamento de Física Bogotá, Colombia Andrés Leonardo Cabrera Mora Seminario de Altas Energías Asesor: Dr. Carlos Ávila

Contenido Estatus del LHC Problemas del Modelo Estándar Supersimetría El detector CMS Simulación de Eventos SUSY en CMS Resultados 2

VIDEO 3

Primer sistema – 50 MeV Segundo sistema – 1.4 GeV Tercer sistema – 26 GeV Cuarto sistema – 450 GeV Quinto sistema – 7 TeV Esquema del LHC

2010 integrated luminosity log scale (protons) 45 pb -1

6 LHC 2011 daysFills with L Hz/cm 2 L Int fb -1 4 TeV L Int fb TeV ns~5.2e32~2.1~ ns~1.3e33 ~1.6e33 ~1.8e33 ~3 ~3.8 ~4.2 ~2.7 ~3.3 ~ ns~2e33~3.2~2.8

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La partícula de Higgs – Correcciones radiativas divergentes La gravedad Por qué tres generaciones de fermiones y sus masas Problemas del Modelo Estándar 8

Lo que conocemos Toda la materia que conocemos compone el 4% de la materia total del universo (protones, neutrones, electrones, etc) ¿Dónde esta el resto? 74 % Energía Oscura 22 % Materia Oscura 9

Composición de la materia BosonesFermiones QuarksLeptones Modelo Estándar Supercompañero Boson Fermion Masas Grandes 10

Composición de la materia BosonesFermiones QuarksLeptones Modelo Estándar Supercompañero Boson Fermion Masas Grandes 11

Supersimetría Corrige problemas teóricos del SM Candidato a materia oscura (LSP) 12

Supersimetría Numero grande de parámetros – Solución: Minimal Supergravity + GUT (M-SUGRA) 13

Minimal Supergravity + GUT Reduce el número de parámetros a 5 – m 0 (masa común escalar) – m 1/2 (masa común de los gauginos) – A 0 (parámetro de interacción trilineal ) – tan β (proporción de los valores esperados del vacio de Higgs) – Signo de μ (parámetro de masa del Higgsino) Rompimiento de simetría por interacciones gravitacionales Paridad R 14

Paridad R La partícula supersimétrica mas liviana (LSP) es estable El decaimiento de productos de spartículas debe contener un número impar de LSPs. Las supercompañeras de las partículas del SM deben ser producidas en pares. 15

Parámetros de MSUGRA de CMS 16

Canales de Producción 17 Squark-GluinoSquark-Squark

Topología de Eventos SUSY 18

¿CÓMO BUSCAR SUPERSIMETRÍA? 19

R/. Con Colisionadores de Partículas 20

Experimento CMS 21

Diagrama Sección Transversal Experimento CMS 22

23 Simulación de Eventos SUSY Simulación Cruda (Señales Digitales) Simulación Cruda (Señales Digitales) Reconstrucción de datos (Objetos Físicos) Reconstrucción Específica ANALIZADOR (Implementación de Cortes) ANALIZADOR (Implementación de Cortes) Simulación pp (Pythia) Simulación pp (Pythia) Simulación del detector (Geant4) Resultados Físicos

Proceso de Simulación GRID UNIANDES GRID CERN 100 eventos = 6 horas 1 millón de eventos = 6.84 años 1 millón de eventos = 60 horas 24

VIDEO 25

Señal de Interés 26

Energía Transversa Faltante 27

Jets 28

Parámetro η : La seudorapidez 29

Cortes aplicados a muones 30

Cortes aplicados a electrones 31

32 Cortes aplicados a jets

33 Corte aplicado a MET MET ≥ 100 GeV

Sensibilidad alrededor de LM0 34 Se dejan fijos los parámetros tan β sign(μ)

Simulaciones Realizadas 35

RESULTADOS OBTENIDOS 36

MET para LM0/LM1 37 LM0 sin cortes LM0 con cortes LM1 con cortesLM1 sin cortes

MET para algunas variaciones 38 Variaciones con cortesVariaciones sin cortes

Momento Transverso de los Muones 39 LM0 sin cortesLM0 con cortes LM1 con cortes LM1 sin cortes

Momento Transverso de los Muones 40 Variaciones con cortes Variaciones sin cortes

Numero de Jets 41 LM0 sin cortesLM0 con cortes LM1 con cortesLM1 sin cortes

Numero de Jets 42 Variaciones con cortes Variaciones sin cortes

Numero de Muones 43 LM0 sin cortes LM0 con cortes LM1 con cortesLM1 sin cortes

Numero de Muones 44 Variaciones con cortesVariaciones sin cortes

Coeficiente Señal a Ruido 45 LM0 Variación 2 LM1

Conclusiones MET es la variable mas determinante a la hora de hacer búsquedas SUSY. Corte en 100 GeV. Momento transverso y número de jets depende de los parámetros de MSUGRA y los algoritmos de reconstrucción, no son confiables para identificar SUSY. Sección eficaz es muy sensible al cambio en m 1/2 Número de muones no discrimina por si misma los eventos SUSY. 46

Conclusiones Limitantes: Número de eventos simulados – Capacidad de computo – Capacidad de almacenamiento Considerar hacer un estudio de otras señales de SUSY para la “Variación 2” dado que se diferencia suficiente de LM0 y LM1 y tiene un coeficiente señal a ruido alto. 47

Resultados Luminosidad Actual 48 Luminosidad CMS (Pb -1 )No EventosEventos que pasan Señal Lm034,71350,872,70 Lm134,7169,610,68 Var1Lm0:34,7497,430,33 Var2Lm0:34,74742,684,55 Var3Lm0:34,7258,890,85 Var4Lm0:34,7183,080,42 Var5Lm0:34,72661,380,97 Var6Lm0:34,7229,840,36 Background wjets:34, ,000,000 wwevents:34,7971,600,000 wzevents:34,7364,350,000 zjets34,783280,000,000 zzevents34,7149,210,004 qcdpt17034, ,000,000 qcdpt30034,743583,200,000 qcdpt80034,775,850,000 qcdpt140034,70,390,000 qcdpt47034,73052,910,000 TTBar:34,73272,210,848 Total Background0,85

Resultados Luminosidad esperada Luminosidad CMS (Pb -1 )No EventosEventos que pasan Señal Lm ,00155,59 Lm ,0039,11 Var1Lm0: ,1419,00 Var2Lm0: ,26262,33 Var3Lm0: ,4948,71 Var4Lm0: ,3523,99 Var5Lm0: ,7556,10 Var6Lm0: ,5220,92 Background wjets: ,00 wwevents: ,00 wzevents: ,00 zjets ,00 zzevents ,23 qcdpt ,00 qcdpt ,00 qcdpt ,00 qcdpt ,00 qcdpt ,00 TTBar: ,87 Total Background49,

MUCHAS GRACIAS 50

BACKUP SLIDES 51

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53

Unidades de Planck básicas 54 NombreDimensiónExpresión Equivalencia aproximada en el Sistema Internacional Sistema Internacional Tiempo de PlanckTiempoTiempo (T) × ss Longitud de PlanckLongitudLongitud (L) × mm Masa de PlanckMasaMasa (M) × kgkg

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Problemas del Modelo Estándar La partícula de Higgs – Correcciones radiativas divergentes 56

Problemas del Modelo Estándar La partícula de Higgs – Pero… Tenemos Supersimetría – Con la corrección obtenemos 57

Espectro de Partículas del MSSM 58

Lagrangiano MSSM 59

Decaimientos 60

Background 61

Background 62

No Squarks or Gluinos have been Found. Previous experiments at CERN and at Fermilab have set limits for squarks and gluinos masses. No SUSY has been observed. Previous Searches Results 63

Búsquedas previas Con un nivel de confiabilidad de 95% se logran límites inferiores para las masas de las partículas, de 379 GeV para squarks y de 308 GeV para gluinos en el marco de supergravedad mínima con tan(b) = 3, A0=0 y m<0. 64

Búsquedas previas 65

Campo externo 66

Señal de Interés 67

Eficiencia en la detección de Muones 68

Jets: from parton to detector level Higher order QCD processes LO hard processSoft processes QCD partons  jets of hadrons  detector signals 69

70 Background Momento Transverso de los Muones

Luminosidad Integrada del CMS 71

Resultados Simulaciones 72 Numero de eventosSuperaron cortesEficiencia %Xsection (Pb)Luminosidad (Pb -1 ) Señal Lm , ,934049,04 Lm ,400054, ,29 Var1Lm0: , ,345999,27 Var2Lm0: , ,681052,12 Var3Lm0: ,326447, ,68 Var4Lm0: ,227345, ,48 Var5Lm0: , ,701247,77 Var6Lm0: ,157896, ,61 Background wjets: , ,006,45 wwevents: , ,003295,71 wzevents: , , ,57 zjets , ,0050,00 zzevents ,002734, ,88 qcdpt , ,007,69 qcdpt , ,00128,98 qcdpt ,000002, ,39 qcdpt ,000000, ,69 qcdpt , ,981844,74 TTBar: , ,302864,90

Background Momento Transverso de los Muones 73

DIAPOSITIVAS NUEVAS 74

75