Number of Events / 0.2

Accoppiamenti fra bosoni di gauge e stati finali a quattro fermioni

a LEP2

Paolo Azzurri Pisa

Lecce, 24 Aprile 2003

IFAE - XV Incontri sulla Fisica delle Alte Energie

Sommario

• Accoppiamenti di gauge nel Modello Standard

• Produzione di coppie di W e W singoli

• Decadimenti del W

• Accoppiamenti di gauge carichi

• Produzione di bosoni neutri Z,γ

• Accoppiamenti di gauge neutri

• Conclusioni

Accoppiamenti tra bosoni di gauge elettrodeboli

W⁺

W⁻

W⁺

W⁻

W⁺

W⁻

γ /Z

γ /Z W⁺

W⁻

γ /Z (W₃)

Parte bosonica della lagrangiana elettrodebole

U(1) SU(2)

Accoppiamenti trilineari e quartici tra bosoni di gauge SU(2)

La firma della struttura non-abeliana SU2 del modello elettrodebole di gauge !

Produzione di coppie di W

e⁻

e⁺

γ

W⁺

W⁻

e⁻ W⁺

e⁻ W⁻

ν_e

e⁺ W⁺

Modello Standard a livello albero: diagrammi CC03

Andamento ad alte energie :

~ 4

) (

mW

s s σ

~ 4

) (

mW

s s σ

)

~ ln(

) (

σ s s s

Coppie di bosoni (Wγ, Zγ, WW, WZ) ai collider adronici

{CDF, Phys.Rev.Lett.74,1936 (1995)}

nessun segnale ⇨ prova dell’interferenza

distruttiva sul diagramma canale-t

ln(y₃₄)

Number of Events / 0.2

L3

qqqq data M.C. signal M.C. background (d)

0 50 100 150 200 250

-6.6 -5.4 -4.2 -3 -1.8

qq qq,Weν

qq qq,Zee ττ,γγττ,llνν

fondi

75-80%

80-90%

qqqq

80-85%

50-80%

τνqq

~95%

75-90%

µνqq

~90%

75-90%

eνqq

80-90%

50-80%

lνlν

purezza efficienza

Canale

Selezione di coppie di W

GeV

209 161

a o esperiment per

pb 700

~

−

=

s

Sezioni d’urto WW

Accordo con SM a chiaro sostegno degli accopiamenti di gauge SU(2)xU(1) !

2 W

= 80 . 40 ± 0 . 22 GeV/c

m

Sezioni d’urto WW

Precisione sperimentale globale al 1%

(1.1% = 0.65% stat + 0.90% syst)

Test delle correzioni radiative O(α) ai diagrammi CC03

DPA-LPA O(α) calcolati da : RacoonWW, YFSWW

effetti del ~2-3% su σ

~1% su dσ/dθ

Incertezza teoriche ora al ~0.4%

Rapporti di decadimento del W

Universalità CC di quark e leptoni

W⁻

e⁻

ν⁻_e ν⁻_µ µ⁻

ν⁻_τ τ⁻

q⁻’ q

test dell’universalità CC leptonica e/µ al 1.0%

test dell’universalità CC leptonica τ/µ,e al 1.4%

test dell’universalità CC fermionica l /q al 0.7%

Miglior test dell’universalità delle correnti

cariche deboli alla scala elettrodebole (m

) !

Decadimenti adronici del W e mixing CKM

[ ^α

^{( m}

^{) = 0 . 121 ± 0 . 002} ]

025 .

0 039

.

2 2

±

∑ ^V =

[ V

⁺ V

⁺ V

⁺ V

⁺ V

^{= 1 . 048 ± 0 . 007} ]

013 .

0 996

.

0 ±

cs = V

∑

==

 

 

  −

→ =

→

b s d j u c i W ij

S

m V

, ,,

)

1 ( hadr)

Br(W -

1

hadr) Br(W

π

α

lνqq, ννqq Zee,Zγ,ll

fondi

~40%

~40%

qq

~50%

τν ~30%

~60%

µν ~60%

~ 60%

eν ~70%

Purezza efficienza

Canale

e⁺ ν¯e

e⁻ e⁻

f¯2

f1

W γ/Z

f¯2

f1

W γ/Z

e⁺ ν¯e

e⁻ e⁻

ν e +

−

−

+ e → W e

e

Produzione di W singoli

Sezioni d’urto di W singolo

Accoppiamenti di Gauge Carichi

3 parametri per accoppiamenti di gauge anomali

che conservano C e P, U(1)

e SU(2)

⊗U(1)

globale κ _γ λ _γ g ₁ ^Z

Z

g

γ

λ

κ

γ γ

λ κ

γ γ

λ

κ

Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ

Fit di σ(tot) e degli angoli di produzione e decadimento

in eventi WW We ^{ν νν} γ

Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ

Likelihood bi-dimensionali per i tre parametri

Accoppiamenti anomali WWγ e WWZ

Limiti su accoppiamenti di gauge anomali che conservano C e P ad un livello

di precisione del 2-5%

Studi in corso sulle importanti incertezze delle correzioni

Risultati dei fit

monodimesionali

Sezioni d’urto WWγ

W

m

m E

Γ

<

−

<

<

>

2 95 . 0 cos

95 . 0 cos

GeV 5

ff' fγ

γ γ

θ θ

Definizione del segnale: tutti i 4fγ con

In accordo con la teoria entro il 20%

Misure di L3 e DELPHI

Accoppiamenti Quartici di Gauge (WWγγ, WWZγ)

I contributi SM non sono misurabili a LEP2: ricerca di contributi anomali ad una scala di nuova fisica Λ parametrizzati con a

/Λ

a

/Λ

a

/Λ

W n

W c W

a a a

0

,

W c

W

a

a

,

Fit di E( γ ) e σ(tot) in eventi WWγ; ^{di m(} γγ ) e σ(tot) in νν γγ

Produzione di coppie di Z

e

e

e Z

Z

f

f ¯

f

f ¯

e

e

e

Z

Z f

f ¯

f

f ¯

qq,WW qq,WW,Weν

Zee,Zγ WW fondi

50-20%

30-50%

qqqq

50-40%

50-65%

qqνν

85-75%

60-70%

llqq

50-30%

25-45%

llνν

purezza efficienza

Canale

0 0 Z Z e

e ^{+ −} →

Produzione di coppie di Z

Produzione di Z singole

q q

, q q e e

Z e

e ^{+ −} → γ ^∗ → ^{+ -} µ ⁺ µ ⁻

segnale: tutti i diagrammi 4f dello stato finale con - M(qq)> 10 GeV, M(ll) > 5 GeV

- |cosθ(l)|<0.95 {2 leptoni visibili}

Misure con questa definizione sono in arrivo ...

-

- , e e

e e q q

e Ze e

e ^{+ −} → ^{+ −} → ⁺ µ ⁺ µ ^{− +}

segnale: tutti i diagrammi 4f dello stato finale con - M(qq), M

µµ

> 60 GeV

- θ(e+)<12º, 12º<θ(e-)<120º, E

e+

>3 GeV [+CC]

[θ(e-)>168º, 60º<θ(e+)<168º, E

e-

>3 GeV ] {un e± visibile e l’altro invisibile ed energetico}

Canale muonico Zee (ALEPH +DELPHI ) :

σ(Zee →μμee) = 0.063±0.011 pb a 〈√s〉= 197 GeV

Produzione di Z singole

Canale adronico Zee : DELPHI + L3

Accoppiamenti di Gauge Neutri

Fit di σ(tot) e degli angoli di produzione in eventi ZZ Zγ

V*= Z*,γ*

Accoppiamento V*ZZ parametrizzato con f

Accoppiamento V*Zγ

parametrizzato con h

Esempio di fit a 2 dimensioni con correlazioni

I contributi SM sono nulli

Accoppiamenti di Gauge Neutri

risultati dei fit combinati

monodimesionali ai 12 parametri

Accoppiamenti Quartici di Gauge (ZZγγ)

Fit di E( γ ) ^{, m(} γγ ) ed alle σ(tot) in eventi ZZγ ^νν γγ

I contributi SM sono nulli: ricerca di contributi anomali con a

/Λ

a

/Λ

Conclusioni

™ Una prova chiara delle presenza degli accoppiamenti trilineari di gauge elettrodeboli secondo la struttura SU(2)×U(1)

☆ Un test di precisione (1-10%) delle produzioni di bosoni elettrodeboli, in coppie e singoli, secondo le previsioni SM

☼ Una misura indipendente della massa del W alla soglia cinematica

— Le prime misure dirette di tutti i canali di decadimento del W, e da queste:

¾ un test diretto dell’universalità delle correnti cariche per leptoni e quark (1-2%) Le misure delle produzioni di bosoni di gauge e stati finali 4f

a LEP2 hanno prodotto risultati fondamentali

per la conoscenza del modello elettrodebole