CDFMulti-MuonAnalysis

Padova CMSPDSW meeting, 10/11/2008
CDF Multi-Muon Analysis:
dietro le scene
T.Dorigo
Due parole sugli antefatti
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Gli studi del gruppo di Frascati (Giromini et al.) partono da 12 anni fa nel
campione ttbar di CDF (Run I)
Isolato un campione W+jj con un numero anomalo di “superjets”
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SecVtX tags con in piu’ un leptone soft
Previsti 4+-1 eventi, osservati 13
Cinematica incompatibile con SM sources per più di 5-sigma
Analisi controversa, non “a-priori”, sotto review per >2 anni
Nel Run II questo eccesso non è più stato osservato. Però… L’analisi non è
ancora del tutto conclusiva.
• Nel frattempo gli autori cercano conferme al
loro tentativo di interpretazione (quark scalare
con 100% BR in leptoni) in un campione di
leptone inclusivo
– Scoprono un eccesso di eventi con due o tre
leptoni (e,m) rispetto alle previsioni MC (bbbar,
ccbar, fakes)
– L’eccesso (di natura sistematica) appare in
particolare regione cinematica (bassa massa in
variante dei leptoni, piccolo angolo)
– Questa analisi genera ulteriore controversia,
barrage di CDF, review illimitata
– Verrà pubblicata nel 2006 dai soli autori di
Frascati
• Una terza analisi cerca stati legati di questi
quarks scalari in eventi raccolti da un trigger di
2 muoni
– Viene osservato un intrigante picchetto a 7.2
GeV nella distribuzione di massa in variante
– La significanza statistica è comunque bassa
(circa 2 sigma)
– Ennesima controversia, si risolverà solo nel
Run II (gli stessi autori mettono un limite che
esclude l’esistenza di un simile stato legato).
Nel Run II…
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A parte cercare di portare a pubblicazione “bit
by bit” le analisi boicottate da CDF nel Run I,
Giromini compie una “camminata nel deserto”
Oltre all’eccesso negli inclusive leptons, ci
sono due motivazioni per continuare
l’investigazione:
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Giromini si rimisura la sigma(bb) con molta
attenzione
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La sezione d’urto bbbar sembra in disaccordo
con QCD se si usano dec. semileptonici per
misurarla, mentre è in buon accordo se si usano
vertici secondari
Il parametro di B mixing integrato Xd è misurato
ai colliders adronici maggiore della media
mondiale
Articolo pubblicato di recente da CDF
Precisa misura con i muoni, in accordo con
QCD… Ma c’è un trucco!
I muoni sono richiesti possedere un hit nel layer
più interno di silici
Rimisura anche il Xd integrato, dimostrandolo
in effetti incompatibile con la media mondiale
(effetto di circa 2 sigma)
Come detto prima, rifà l’analisi del dimuon
bump, mettendo un limite.
E intanto produce un’analisi che tiene segreta
a CDF…
L’analisi segreta
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A gennaio 2008 Giromini chiede a una persona di grande esperienza in
CDF, convener del B group, di mettere insieme un gruppo di reviewers che
controlli la sua analisi segreta in piena discrezione
A giugno i reviewers dichiarano che non trovano alcun errore, che
riproducono tutte le distribuzioni di Giromini, e che per loro l’analisi va
pubblicata
Si tratta di uno studio degli eventi raccolti dal trigger di due muoni (CMUP,
Pt>3 GeV), che cerca di interpretare delle code anomale nel parametro
d’impatto dei muoni una volta tolta la richiesta di avere un hit nel layer più
interno del silicio (R=1.5 cm)
L’analisi mostra che le sorgenti SM sono incapaci di spiegare queste code,
la loro entità, e la loro shape
Gli eventi nelle code hanno 4 volte più muoni addizionali che gli eventi non
nelle code
Nuova fisica ? Non esistono meccanismi noti nelle ipotesi più in voga di
BSM per creare piogge di muoni (anche 4 e più per jet) con Lxy di diversi
centimetri
La review interna
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CDF viene a conoscenza dell’analisi a giugno 2008, dopo che viene richiesta una
procedura speciale per la pubblicazione
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il motivo è che l’analisi è “scoopable”
In più, Giromini ha molti nemici in CDF dal Run I, e sa che ostacolerebbero la sua pubblicazione
A CDF inizia a circolare, in forma protetta, un draft di PRD e uno di PRL
Che gli eventi anomali siano nuova fisica o meno, si forma l’opinione in CDF che essi vadano
pubblicati, perché rappresentano un caveat per precedenti misure già pubblicate
Viene formata una nuova review committee, che non cava un ragno dal buco, però butta
molto fumo in giro
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molti in CDF ne prendono spunto per dire che vanno fatti studi più approfonditi
L’eccesso andrebbe studiato con gli elettroni, ma è un lavoro lungo
Gli spokespersons si rendono conto che Giromini questa volta se ostracizzato pubblica da solo,
e che la loro carriera è at stake
Spingono per la pubblicazione, cercando di “purificare” il draft originale di Giromini togliendo una
parte interpretativa fenomenologica che appare troppo spregiudicata
La convergenza è lenta, e una minoranza vocale di oppositori di Giromini cercano di bloccare il
processo
Gli spokes spingono comunque alla pubblicazione, e l’articolo esce a fine ottobre, con 400 firme
Alcune richieste di togliere la firma arrivano troppo tardi  la nuova versione in arxiv conta 365
firme
L’interpretazione di Frascati
• Giromini pubblica con i nomi dei soli autori la
parte interpretativa del suo lavoro
– per cercare di modellare gli eventi, che mostrano
muoni compatibili con il decadimento di un oggetto di
vita media 20 ps, e parametri d’impatto non correlati,
usa un MC di H2h14h28h3 16 t leptons
– L’osservazione è che il numero di muoni addizionali
negli eventi scala come il B(t  m) moltiplicato per
l’efficienza di ID
– Ovviamente si tratta di un tentativo alla cieca
– L’articolo si trova in http://arxiv.org/abs/0810.5730
Un altro sforzo “indipendente”
• Tre settimane prima della pubblicazione del preprint di CDF, quattro
fisici teorici (fra cui Nima Arkani-Hamed) pubblicano un preprint che
parte dall’eccesso di positroni visto recentemente da Pamela, per
addentrarsi in speculazioni su teorie supersimmetriche che possono
spiegare l’eccesso, e finiscono con discutere una possibile
segnatura a LHC di “jets di leptoni”, con vita media molto lunga, e
con massa in variante dei leptoni molto bassa
• Un’ora dopo la comparsa dell’articolo di CDF in arxiv, uno di questi
autori è in grado di dichiarare ufficialmente, in un commento nel post
in cui Peter Woit annuncia l’articolo di CDF in tempo reale, che loro
“non avevano alcuna conoscenza pregressa del lavoro di CDF”.
• Si scopre comunque che il draft di CDF non solo era stato distribuito
a destra e a sinistra fin da luglio, ma che esso era disponibile a
chiunque volesse cercare “multi muon” o “anomalous muon” in
google, nelle pagine personali di diversi membri di CDF!
• Ognuno può farsi l’idea che vuole, il preprinti di Arkani-Hamed è in
http://arxiv.org/abs/0810.0714
L’analisi in 4 slides:
1 – la parte “nota”
• Si usano eventi raccolti da un trigger di doppio muone,
con soglia Pt>3 GeV
• In questo campione, una precedente analisi misura
s(bm,bm)=1.55+-0.13 nb, che rispetto a NLO QCD ha
R=1.20+-0.21, in accordo con misure che usano vertici
secondari ma in disaccordo con misure precedenti che
usano muoni
– R=3.0+-0.6 (CDF)
– R=2.3+-0.7 (D0)
• La distribuzione di parametri d’impatto per muoni “entro
la beampipe” è in ottimo accordo con la somma del QCD
(BB,CC,PP,BP,CP,BC)
– Con essa si misura ct=469.7+-1.3 mm in accordo con la mistura
di B al Tevatron (ct=470.1+-2.7 mm atteso)
2 – ghost events
• Il campione di doppi muoni prima di ogni taglio ammonta
a 743,006 eventi
• La richiesta “SVX” di hits nei layers interni porta a
143,743 eventi
• L’efficienza di questo taglio è troppo bassa: con Y, J/Psi
in volo ripesate in Pt e altri mezzi si determina che
dovrebbe essere 0.244+-0.002 ma è 0.1930+-0.0004
• C’è quindi nel campione un background consistente che
viene soppresso dal taglio “SVX”. Questo non è
consistente con l’essere QCD generica (incluso HF).
• Si stima che si tratti di 150,000 eventi, confrontabili con i
220,000 bb nel campione totale.
Parametri d’impatto
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Si osserva che gli eventi in eccesso hanno una coda molto estesa nel parametro
d’impatto dei muoni.
Un eccesso di muoni con alto d può essere dovuto a:
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veri mu con vero IP
veri mu con falso IP
falsi mu con vero IP
falsi mu con falso IP
Queste classi sono studiate separatamente
Ad esempio, per studiare i veri mu con falso IP,ipotizzando vengano da B e abbiano IP
sbagliato per problemi di pattern recognition, si cercano segnali di D°kp vicino ai mu
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in eventi con mu SVX c’è un picco di D° nelle combinazioni RS
in eventi “ghost” non c’è nessun D°
A sin.: combinazioni leptone-D°
di segno giusto (istogramma
in nero) e sbagliato (in rosso)
nel campione “SVX”;
A dx: stesso, per il campione
“ghost”.
Background da punch-through
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I muoni con alto IP potrebbero derivare da Vparticle decays. Si studia così:
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Si associano ai muoni tracce compatibili con fare un
vertice comune, e di segno opposto
si ricostruiscono K°S e L
si trovano 5300 K°S e 700 L
L’efficienza di ricostruire le V è circa il 50%
Questo background spiega 12000 eventi, ovvero
circa l’8% dei “ghosts”
A sin: segnale di K°
ottenuto con falsi muoni
e tracce vicine nel
campione “ghost”
A dx: segnale di L
ottenuto con falsi muoni
e tracce vicine
nel campione “ghost”
La seconda anomalia
• Intorno ai muoni in eventi “ghost” si trovano due
volte più tracce che in eventi “SVX”, e 4 volte più
muoni addizionali
– i muoni addizionali sono scelti con tagli laschi, ma
l’eccesso permane se si richiedono CMUP
– siccome il campione “ghost” è stimato contenere
circa il 50% di background QCD, questi eventi
hanno un numero sorprendente di muoni addizionali
– anche i mu addizionali hanno parametri d’impatto
molto maggiori degli eventi “SVX”, compatibili
anch’essi con vite medie di circa 20 ps
In alto: molteplicità di muoni in
eventi “ghost” background-subtracted,
number-coded a seconda della carica
e dell’appartenenza al cono di uno
o l’altro dei muoni principali
In basso: in eventi “ghost” con più di un
muone il parametro d’impatto è simile in mu
primari e secondari
Bassa massa invariante
• I muoni addizionali fanno coppie
con bassa massa in variante, non
spiegabile con le shapes di coppie
di leptoni da QCD sources
In alto: SVX
muons,
dati e
simulazione a
confronto;
in basso: ghost
muons e
background (a),
eccesso (b)
Conclusioni
• Il background identificato nell’analisi di CDF è
difficile da riconciliare con sorgenti note
• L’eccesso ha la stessa shape in massa in
variante evidenziata in coppie em nel Run I
• Rimane possibile un detector effect non ancora
capito, ma il segnale è certamente di grande
interesse
• D0 può probabilmente confermarlo o smentirlo,
ma non in tempi brevissimi; uno studio di
elettroni nel campione di dimuoni può anch’esso
confermare il segnale, ma è difficile