Búsqueda de HSCPs en colisiones protón- protón a una energía de 7 TeV usando la técnica de tiempo de vuelo con los detectores DT del experimento CMS Carlos Felipe González Hernández Asesor: Dr. Juan Carlos Sanabria Departamento de Física UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Bogotá, Colombia

Motivación Modelos teóricos El experimento CMS Detección de HSCPs Búsquedas de HSCPs Los Detectores DT Resultados Conclusiones

HSCP Heavy Stable Charged Particle Heavy “Stable” Charged m≥100 GeV Tiempos de vida largos Con carga eléctrica (carga de color) El detector CMS no fue diseñado para realizar en forma directa mediciones de tiempo de vuelo de las partículas Partículas “lentas” y muy penetrantes Señal directa Mediciones de tiempo directa se dan en BX.

Modelos Teóricos que predicen HSCPs SUSY MSSM GMSB Split-SUSY LSP : Neutralino NLSP : s-top La diferencia en masa es muy pequeña LSP : Gravitino NLSP : s-tau Bosones: masas del orden de GUT Fermiones: masas del orden de la escala electro-débil Gluino adquiere larga vida porque los s-quarks que median su decaimiento son muy masivos HSCPs s-taus R-Hadrones (estados ligados que contienen s-tops o gluinos)

El Detector CMS

Sistema de Muones

R-Hadrones(charge flipping)

Detección de HSCPs Dos diferentes señales entre una HSCP y un muón Deposición de energía Tiempo de vuelo dE/dx ToF

ToF (Time of Flight) La medición de tiempo de los detectores del sistema de muones se toman según el tiempo que tardaría un muón en arribar a una capa determinada de detección Las HSCPs, al ser más lentas, llegarían con un tiempo de retraso

ToF (Time of Flight) Información de tiempo en los detectores momento Velocidad la curvatura en su trayectoria masa EL PROPÓSITO DE ESTE TRABAJO ES BUSCAR RETRASOS DE TIEMPO EN LOS DETECTORES DTs

Cámara de Deriva (Drift Tube) Front End Board (FEB) Velocidad de deriva constante una alta resolución espacial (aprox 100µm) Máximo tiempo de deriva es 400 ns Unidad básica de detección: Celda de Deriva

Los detectores DT Estación: Contiene 3 Supercapas Supercapa: Arreglo de 4 capas de celdas de deriva La reconstrucción de todos los hits que hay en una estación genera un segmento

Trigger local de DTs Asigna el valor de BX del segmento

BTI (Bunch and Track Identifier) Lo que registra la electronica es la diferencia en tiempo entre el hit en el alambre y la siguiente transición de una señal digital de reloj de 80 MHz (Δt = 12.5 ns) derivada del reloj del LHC. En este caso t ’ A y t ’ B, es decir: n es el numero de pulsos del reloj de DTs desde el cruce del muon por la cámara y el pulso inmediatamente posterior al hit en el alambre (n es una incógnita) Δt es el periodo del reloj de DTs (12.5 ns)

Identificación de BX

Trigger local de DTs Asigna el valor de BX del segmento Proceso de selección de segmentos Acopla información de los dos segmentos en phi

Trigger de Muones L1 GLOBAL TRIGGER Se reconstruye segmento (estación) Se reconstruye la traza Se seleccionan los candidatos a muones Cuando se produce la señal L1-Accept, comienza el proceso de lectura de las tarjetas TDC

Medición de tiempo de las TDCs TDCs Funcionan en common stop El stop es la señal de L1-Accept El start es la el pulso del hit en la celda Se hacen correcciones de tiempo por longitud de los cables, el tiempo que tarda la producción de la señal de trigger, entre otras. El tiempo de deriva se puede determinar Se calcula un valor ideal de ToF conociendo la distancia al alambre Tiempo del alambre se conoce luego de realizar la reconstrucción del segmento El tiempo TDC es el intervalo de tiempo entre la colisión y la llegada del pulso a la FEB.

ToF estándar usando los detectores DTs Una partícula lenta va a arribar retardada a un drift tube particular. La posición no es reconstruida correctamente. Se genera un patrón de zig-zag en la SL. La información de estos corrimientos con respecto a una traza promedio permite extraer un valor de la velocidad.

Búsqueda alternativa de HSCPs usando ToF en los detectores DT Hay desviaciones alrededor del valor ideal del ToF. Estas desviaciones t0, a nivel estadístico forman una distribución Gaussiana alrededor de un valor medio que se redefine como cero Estas desviaciones t0 permiten calibrar las mediciones de tiempo. Valores positivos de t0 que estén por fuera del nivel de incertidumbre de la Gaussiana, son evidencia de señales de HSCPs. El software desarrollado extrae la información del retraso t0

Retrasos en tiempo del segmento de cada estación

Resultados La información de velocidad se obtiene mediante un fit lineal de la posición y el tiempo de vuelo. El momentum de la partícula se obtiene a partir de la información en el Tracker (charge flipping)

Conclusiones La información de tiempo que proporcionan los detectores DTs permite identificar y medir con cierta precisión la masa de una eventual HSCP El método complementa otras técnicas desarrolladas para la búsqueda de HSCPs Usar el método con datos reales para buscar HSCPs (en progreso) Para una posterior investigación, en el caso de no encontrar HSCPs, establecer cotas mínimas de masa para las HSCPs predichas por split-SUSY, MSSM y mGMSB-SUSY