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D0 não vê excesso de dados em Wjj

sexta-feira, 10 jun 2011; \23\UTC\UTC\k 23 Deixe um comentário Go to comments

Durante os meses, nada foi mais discutido no meio de altas energias que o excesso de dados visto pelo CDF no canal W(\rightarrow l\nu) + jj em torno de uma massa invariante do par de jatos de 145 GeV.

Para quem esteve dormindo nesse tempo todo:

[1104.0699] Invariant Mass Distribution of Jet Pairs Produced in Association with a W boson in ppbar Collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV (artigo com análise de 4.3 fb^{-1} de luminosidade integrada)

Invariant Mass Distribution of Jet Pairs Produced in Association with a W boson in ppbar Collisions at √s = 1.96 TeV (página do CDF com análise de 4.3 fb^{-1} de luminosidade integrada)

Uma das grandes questões era se os outros 3 experimentos capazes de medir essa distribuição de massa (D0, Atlas e CMS) também vêem alguma coisa. Toda a excitação veio da possibilidade de interpretar esse excesso como uma nova partícula, com massa de \simeq 145\; GeV e uma seção de choque de aproximadamente 4\; pb no Tevatron.

A quantidade de dados acumulados no LHC pode ainda não ser suficiente para detecção de tal partícula se ela não for produzida por colisão de glúons. Mas o D0, que está no mesmo acelerador que o CDF, tem a faca e o queijo na mão para fazer essa análise. E ela já vem sendo feita faz bastante tempo e finalmente ficou pronta hoje:

Study of the dijet invariant mass distribution in ppbar → W (→ lν) + jj final states at √s = 1.96 TeV (página do D0 com análise de 4.3 fb^{-1} de luminosidade integrada).

O D0 demorou para soltar esse resultado porque eles foram super cuidadosos de reproduzir a análise do CDF o máximo possível para que a comparação dos resultados fosse mais simples. Tanto na análise original quanto na análise com mesmo método de seleção do CDF, nenhum excesso foi observado. Vou colocar as duas distribuições lado a lado

Você ve que, apesar da mesma seleção e técnica de análise ter sido usada, as distribuições ainda são razoavelmente diferentes. Mas isso não deve te preocupar tanto, porque ainda são detectores diferentes em experimentos diferentes. É esperado que haja essa diferença.

Algumas perguntas são imediatas:

  1. Certo, o D0 não percebe nenhum excesso. Qual o limite na seção de choque de uma nova ressonância é possível obter com os dados do D0? O gráfico abaixo com o limite em 95% para a seção de choque de tal partícula hipotética responde a essa pergunta:

    Ou seja, o limite em 145 GeV é aproximadamente 1.9\; pb.

  2. Mas quão sólido é esse limite de 1.9\; pb? O D0 teria mesmo sensibilidade para medir uma nova partícula com as características medidas pelo CDF? Para isso, o D0 colocou, na mão, um sinal simulado proveniente de uma partícula com os dados que o CDF mediu e calculou a evidência que isso daria:

    A diferença visual é gritante. Além disso, o D0 calculou um tipo “valor p ao contrário” da hipótese de um nova partícula com massa de 145 GeV como função da sua seção de choque, isto é, a probabilidade de se obter uma estatística teste pelo menos tão extrema quanto observada assumindo que a hipótese de que a partícula existe.

    A probabilidade para uma seção de choque de 4\, pb corresponde a integral para uma distribuição gaussiana acima de 4.3 \sigma.

  3. Parece bom. Mas as análises são idênticas mesmo? Mesmo, mesmo? Bem, fora as diferenças nos detectores, para a qual já atentei acima, há pequenas diferenças sutis nas análises, mas que podem vir a ser importantes, já que o maior trabalho agora vai ser entender porque o CDF vê um excesso e o D0 não. A tabela abaixo resume as principais diferenças:
    CDF D0
    Parton distribution function CTEQ5L CTEQ6L1
    Versão do gerador Pythia v6.326 v6.419
    Versão do gerador Alpgen v2.1 v2.11_wcfix
    Algorítimo de reconstrução de jatos cone 0.4 cone 0.5

    Há também diferença no tratamento de incertezas (o D0 inclui a incerteza no modelamento teórico dos processos do modelo padrão, o que diminuiria a evidência de qualquer sinal extra, se ele existisse) e nos triggers usados para detecção dos eventos, embora é difícil saber todos os detalhes já que os artigos tendem a ser resumidos.

Algumas pessoas tem apostado na relevância da diferença do algorítimo de jatos, já que algorítimos de cones são perigosos por não serem estáveis por emissão de partículas de baixa energia e colineares. Os experimentos do LHC, por exemplo, usam algorítimos chamados de anti-kT, onde uma partícula nova é considerada próxima ou distante de outra para reconstrução de jatos com uma métrica que depende do mínimo entre os inversos dos momentos (além, da distância em \Delta y\times\Delta \phi). Por isso partículas de baixa energia e colineares não criam jatos espúrios.

Contudo, eu acho difícil que tal diferença não tenha aparecido em outras análises. Em especial naquelas muito delicadas, tipo single-top. Como eu disse, o interessante agora é entender qual a diferença que causa sinal num detector e não no outro. Mas essa é uma área meio espinhosa, porque a colaboração entre os dois grupos não é tão próxima assim. Não acho que isso vai ser feito, principalmente quando, em alguns meses os experimentos do LHC também não mostrarem nenhuma evidência de excesso, mas seria legal se fosse[1]. Até porque, se houve realmente um problema na análise, é melhor que a entendamos para que não seja repetida nos experimentos do LHC, onde estados finais de jatos podem elucidar nova física.

[1]No Fermilab Today de hoje, está anunciado que: Fermilab Director Pier Oddone and the CDF and DZero collaborations have agreed to create a task force that will coordinate a study of the two experiments’ analyses. The task force will consist of members from both experiments and Fermilab theorists Estia Eichten and Keith Ellis.

Categorias:Ars Physica
  1. Nenhum comentário ainda.
  1. domingo, 25 dez 2011; \51\UTC\UTC\k 51 às 11:01:13 EST

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