High Luminosity Upgrade - ATLAS Výzkumná infrastruktura CERN-CZ
Transkript
High Luminosity Upgrade - ATLAS Výzkumná infrastruktura CERN-CZ
High Luminosity Upgrade - ATLAS Výzkumná infrastruktura CERN-CZ Alexander Kupčo Fyzikální ústav AV ČR Vila Lanna 17. prosince 2014 fyzikální motivace pro HL upgrade ATLAS HL-LHC plány LHC a ATLAS naše plány (finanční + náš příspěvek k upgrade ATLAS) Fyzikální motivace (experiment ATLAS) ECFA HL-LHC workshhop, Aix-les-Bains 2014 ATLAS white paper ATL-PHYS-PUB-2013-007 (Snowmass 2013) klíčové cíle HL-LHC (B. di Girolamo, ATLAS LHC RRB, 4/2014) - detailní proměřeních produkčních a rozpadových kanálů H(125) - měření párové produkce HH - rozšíření oblasti hledání nové fyziky až o ∆m 1 TeV - detailnější studium nových objevů v Run-2 a Run-3 Produkce H a vazbové parametry ATLAS Simulation Preliminary s = 14 TeV: ∫Ldt=300 fb ; ∫Ldt=3000 fb -1 H→γ γ (comb.) H→ ZZ (comb.) -1 ATL-PHYS-PUB-2014-016 vazba mezi H a ostatními částicemi - v SM je úměrná hmotnosti částice z četnosti rozpadových a produkčních kanálů - u statisticky limitovaných kanálů (H ! µµ) lze p očekávat zlepšení až faktorem 3 ( 10) H→ WW (comb.) 1 (incl.) yi H→ Zγ 10-1 t ATLAS Simulation Preliminary Z h→γ γ , h→ZZ*→4l, h→WW*→lν lν h→ττ, h→bb, h→µ µ , h→Zγ [κZ, κW , κt, κb, κτ, κµ ] W BRi,u=0 H→ bb b (comb.) -2 10 τ H→µµ Ratio to SM H→ττ 10-3 (VBF-like) (comb.) 0 0.2 0.4 ∆µ/ µ µ s = 14 TeV ∫ Ldt = 300 fb -1 ∫ Ldt = 3000 fb -1 1.2 1.1 1 0.9 0.8 10-1 1 10 102 mi [GeV] Produkce H a vazbové parametry κF ATL-PHYS-PUB-2014-016 1.25 1.2 300 fb-1, w/ theory 3000 fb-1, w/ theory 300 fb-1, w/o theory 3000 fb-1, w/o theory Standard Model 1.15 1.1 1.05 1 při simultánním pokroku teorie lze očekávat proměření vazeb s přeností 3% κF 5% κV 0.95 0.9 ATLAS Simulation Preliminary 0.85 s = 14 TeV 0.9 0.95 1 1.05 1.1 implikace pro modely za SM κV VBF kanál H ! τhadτlept: citelné vylepšení přesnosti při rozšíření dráhového detektoru do dopředné oblasti ATL-PHYS-PUB-2014-018 ∆µ/µ 24% (Run I rozsah) ! 8% pro jηj < 4 dle mého názoru tohle jsou “legacy measurements” HL-LHC Vazbové parametry H a nová fyzika σχ-N [cm2] tan β ATL-PHYS-PUB-2014-017 10 ATLAS Simulation Preliminary 9 Combined h → γ γ , ZZ*, WW* 8 7 Combined h → Zγ , µµ, ττ, bb Exp. 95% CL at s= 14 TeV 6 Simplified MSSM [κ V, κ u, κ d] ∫ Ldt = 300 fb : all unc. ∫ Ldt = 300 fb : No theo. ∫ Ldt = 3000 fb : all unc. ∫ Ldt = 3000 fb : No theo. 5 4 3 1 0 200 10-43 10-45 10-47 s = 14 TeV, ∫Ldt = 3000 fb -49 10 -1 10-51 -1 ATLAS Simulation Preliminary 10-41 -1 -1 2 10-39 h→γ γ , h→ZZ*→4l, h→WW*→lν lν , h→Zγ , h→ττ, h→bb, h→µ µ DAMA/LIBRA (99.7% CL) CRESST (95% CL) CDMS (95% CL) CoGeNT (90% CL) XENON10 (90% CL) XENON100 (90% CL) SuperCDMS (90% CL) LUX (95% CL) 10-53 -55 10 -57 10 400 600 800 1000 1200 mA [GeV] implikace pro modely za SM SUSY, hledání temné hmoty, apod. -1 1 10 ATLAS (95% CL) in Higgs portal model: Scalar WIMP Majorana WIMP Vector WIMP 102 3 10 mχ [GeV] HH produkce (trilineární vazbová konstanta HHH ) ATL-PHYS-PUB-2014-019 Projected limit on the total HH yield (events) - destruktivní interference 40 35 30 25 20 15 ATLAS Simulation Preliminary -1 s = 14 TeV: 3000 fb 10 Exp. 95% CLs ±1σ ±2σ 5 0 λHHH měřitelná skrze efekt na četnost produkce HH -2 0 2 4 6 8 10 λ/λ SM H(! γγ) + H(! bb̄) očekává se 8,4 případů na pozadí 47 (1,3σ signifikance) půjde s 95% CL vyloučit λ/λSM < 1,3 a λ/λSM > 8,7 konzervativní odhad - b-tagging a pozadí další kanály (HH ! bb̄bb̄)? W=Z= anomální vazby detailní proměření chování di-bosonové produkce při velkých energiích ATL-PHYS-PUB-2013-007 Significance [σ] 10 ATLAS 9 Simulation 8 Preliminary 7 6 3000 fb-1 300 fb-1 5 - bez Higgsova mechanismu (nebo jiné náhrady) by došlo k narušení unitarity na EW škále 4 3 2 experimentální přístup 1 - identifikovat VBS (posílit signál) - typicky dva dopředné jety oddělené prázdnou centrální oblastí v jη j - velký benefit, pokud se rozšíří rozsah dráhového detektoru pro velká jη j 0 0 10 20 30 40 50 +-+- CφW/Λ2 (VBS ZZ→l l l l ) [TeV-2] obecná analýza cφW LφW = Λ2 Tr(W µν Wµν )φ†φ 600 500 ATL-PHYS-PUB-2013-007 ATLAS Simulation s=14 TeV 3000 fb-1, 95% exclusion limit 3000 fb-1, 5σ discovery reach 300 fb-1, 95% exclusion limit 300 fb-1, 5σ discovery reach 1000 900 800 χ 1 1 1 1 600 500 400 200 ∼± < m~t 1 +m χ 1 mb < m~t 1 m ∼χ0 1 m t+ 300 200 100 100 200 300 400 500 600 700 800 0 ± ∼ χ and ∼ χ Mass (GeV) 1 ~ 0 t1 → t+∼ χ1 (m∼± >> m~t1): 1-lepton (e,µ) + jets χ 1 ~ ± t1 → b+∼ χ1 ( m~t - mχ∼± = 20 GeV): 2-lepton (eµ) 0 ~ t1 → t+∼ χ (m∼± >> m~t ): s=7 TeV, 4.7 fb -1 1 300 s=14 TeV 3000 fb-1 discovery reach 3000 fb-1 exclusion 95% C.L. 300 fb-1 discovery reach 700 400 100 ATLAS Simulation 1 700 mχ∼0 [GeV] ∼0 Mass (GeV) χ 1 SUSY a fyzika za SM 0 400 500 600 700 800 900 2 1000 1100 1200 m~t1 [GeV] zajímavá oblast, pokrytí prakticky celé oblasti parametrů, které vedou k přirozené EW škále (mt˜1 < 1 TeV) hledání téžkých resonancí v mtt̄, FCNC v ropadech t kvarku statistika pro 95% CL vyloučení při 300 fb−1 podobná 5σ objevu při 3 ab−1 objev v HL-LHC nepravděpodobný, pokud nebudou náznaky při 300 fb−1 - díky počtu SUSY analýz (> 20) tam určitě takové náznaky budou LHC schedule beyond LS1 Only EYETS (19 weeks) (no Linac4 connection during Run2) LS2 starting in 2018 (July) 18 months + 3months BC (Beam Commissioning) LS3 LHC: starting in 2023 => 30 months + 3 BC injectors: in 2024 => 13 months + 3 BC 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 LHC Injectors bbbbbbbbbbbbb ooooooooooo oooooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooooooo ooooooooooo oooooooooooo ooooooooo oooooooooo Run 2 ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooo ooooooooo ooooooooo ooooooo ooooooooo ooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooo ooooooooo ooooooooo ooooooo oooooooooo ooooooo LS 2 bbbbbbbbbbbboooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo bbbbbbbbbbbboooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo Run 3 ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo t 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 LHC Injectors ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo LS 3 oooooooooo 2029 ooooooooo ooooooooo bbbbbbbbbbbb ooooooooo 2030 bbbbbbbbbbbbooooo 2031 ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo 2032 2033 Run 4 ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo 2034 2035 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 LHC Injectors LS 4 Run 5 bbbbbbbbbbbboooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo bbbbbbbbbbbboooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo LS 5 bbbbbbbbbbbboooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo bbbbbbbbbbbboooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo LHC schedule approved by CERN management and LHC experiments spokespersons technical coordinators B. Di Girolamoand - RRB Meeting nd 27 Monday 2 December 2013 29 April 2014 Phase 2 – up to LS3 B. Di Girolamo - RRB Meeting 29 April 2014 42 Finance a časový plán detektor má mít podobný výkon jako současný, ovšem při µ 140 LHC RRB April/2014 zvažuje se rozšíření dráhového detektoru (VBF) S. Bertolucci: říjen 2015 - předběžný plán “Scoping document” spolu s náklady a různými variantami (6/2015) - 9/2015 by oba experimenty měly od LHCC dostat zelenou pro vypracování TDR - financování má nabíhat od roku 2017 odhad finančních dopadů pro ČR (2.2% dle platících autorů) 6 MCHF ( 20 MCZK/rok po dobu 7 let) Výzkumné infrastruktury projekt CERN-CZ (2016-2022) rozsah obdobný jako v současných INGO projektech CERN+ATLAS + prostředky na HL upgrade: 25 mil. Kč / rok - prostředky na “vědu” (užití infrastruktury) - prostor pro další projekt soutěž má několik kol - v září jsme prošli prvním, s těmi nejlepšími hodnoceními - druhé kolo bylo uzavřeno 12. 12., výsledky ještě neoznámeny - výsledkem by mělo být roztřídění projektů do kategorií dle kvality - začátkem příštího roku nás čeká jednání s MŠMT o rozpočtu Backup Další témata σ B [pb] ATL-PHYS-PUB-2013-007 105 104 ∫ 103 ATLAS Preliminary (Simulation) 102 gqqg /gs = -0.20 -1 L dt = 3000fb KK Expected limit Expected ± 1σ Expected ± 2σ g →tt KK s = 14 TeV 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 mg [GeV] KK hledání téžkých resonancí v mtt̄ - gKK , Z 0, . . . - dosah kolem 7 8 TeV FCNC v rozpadech top kvarku citlivost je v řádu očekávání některých beyond SM modelů