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Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006

Identification des leptons  Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs faibles. Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006. Fabien Tarrade LAPP, Annecy tarrade@lapp.in2p3.fr. Plan. Identification des leptons  - Algorithme TauRec

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Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006

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  1. Identification des leptons  Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs faibles Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006 Fabien Tarrade LAPP, Annecy tarrade@lapp.in2p3.fr

  2. Plan • Identification des leptons  - Algorithme TauRec - Algorithme Tau1P3P - Conclusion • Recherche du Higgs produit par WBF - Présentation - Analyse - Résultats et conclusion F.Tarrade

  3. Identification des leptons  ICEPP Japon, IFAE Espagne, KEK Japon, LAPP France, IFJ-PAN Pologne, Univ. Alberta Etats Unis, Univ. Bergen Norvège, Univ. Columbia Etats Unis, Univ. Freiburg Allemagne, Univ. Milan, Univ. Oregon Etats Unis, Weizmann Israël F.Tarrade

  4. Modes de désintégration des  Désintégrations leptoniques t nt + ne + e(17.4%) t nt + nm + m (17.8%) Désintégrations hadroniques 1 trace chargée :(“1 prong”) t  nt + p± (11.0%) t  nt + p± + p0 (25.4%) t  nt + p± + p0 + p0 (10.8%) t  nt + p± + p0 + p0 + p0 (1.4%) t  nt + K± + np0 (1.6%) 3 traces chargées : (“3 prongs”) t nt + 3 p± + np0(15.2%) Modes de désintégration Comment les identifier ? séparation entre e/μ et →μ/e υμ/etrès difficile ~35 % 1 trace, paramètre d’impact profil de la gerbe ~77 % 3 traces, paramètre d’impact second vertex profil de la gerbe ~23 % F.Tarrade

  5. Reconstruction des jets  • Reconstruction des candidats  • - Identification • amas calorimètrique bien collimaté avec un petit nombre • de traces associés • - Principales variables discriminantes • Rem = rayon électromagnétique (EM) • ΔET12 = fraction de ET dans les calorimètres • EM&hadroniques 0.1<ΔR< 0.2 • N trace ,charge, paramètre d’impact, • Lavant largeur de ET en ηdu compartiment avant • Bruits de fond identifiés comme des jets  • - Jets QCD • - Electron développant tardivement sa gerbe ou avec un important • bremsstrahlung • - Muons interagissant dans le calorimètre π+ π0 π+ π- jet τ F.Tarrade

  6. Algorithme : TauRec 1/2 • Il y a 2 algorithmes pour la reconstruction des jets  dans ATLAS, |η|<2.5 : • TauRec • - débute avec différents objets : amas avec ET> 15 GeV, • trace isolée avec PT > 2 GeV/c • - association à une (des) trace(s) pointant vers l’amas (ou vice versa) ΔR<0.3 • 1, 2 ou 3 traces • - calcul d’un jeu de variables pour l’identification des jets  unité arbitraire unité arbitraire ΔET12 nombre de trace F.Tarrade

  7. Algorithme : TauRec 2/2 • - calcul d’un maximum de vraisemblance (likelihood) • REM, ΔET12, Ntrace, Lavant, Navant, charge, paramètre d’impact, ET/pT(1ère trace) • - calibration de l’énergie des candidats  (utilisation des calorimètres) • poids (dependance en ET, η, et en fonction du compartiment), à la H1 • - coupure pour l’ identification des  : • maximum de vraisemblance, variables discriminantes Z→ττ unité arbitraire unité arbitraire <>= 1.08 = 0.10 maximum de vraisemblance ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) candidat  : TauRec F.Tarrade

  8. Algorithme : Tau1P3P 1/2 • Tau1P3P (nouvel algorithme) • - identification d’une trace de bonne qualité : PT > 9 GeV/c • - recherche des traces voisines: PT > 2 GeV/c et ΔR<0.2 • - création des candidats  « 1 trace » (Tau1P) ou « 3 traces » (Tau3P) • - calibration de l’énergie des candidats  ( détecteur interne + calorimètres) • technique du “flux d’énergie” basée sur l’information des traces au lieu de la • technique des jets purement calorimètriques Tau3P Tau1P Z→ττ Z→ττ unité arbitraire unité arbitraire <> = 0.99 = 0.095 <>= 1.02 = 0.05 ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) F.Tarrade

  9. Algorithme : Tau1P3P 2/2 - calcul d’un jeu de variables pour l’identification des jets  - calcul d’un discriminant REM, ΔET12, Lavant, Navant, ET chrg Had/pT, (ET autres EM + ET autres Had)/ETcalo - coupure pour l’ identification des  sur : discriminant, variables discriminantes unité arbitraire unité arbitraire REM ΔET12 candidat  : Tau1P ou Tau3P F.Tarrade

  10. Efficacité et réjection tauRec tau1P3P distribution de l’efficacié totale Z→ττ Z→ττ Z→ττ efficacité totale efficacité totale ε=50% |η| |η| • tauRec : coupure sur le maximum de • vraisemblance pour avoir une efficacité • de ε=50% • - tau1P3P : coupures sur les variables • discriminantes di-jets réjection tauRec ε=50% J2 : R=95 J3 : R=196 grande dépendance du facteur de réjection en fonction du pT efficacité totale F.Tarrade

  11. Conclusion • L’identification des  hadroniques est importante pour un • grand nombre de canaux de physique • grande plage en ET( processus du MS →SUSY ) • TauRec donne de bon résultats, possibilité de partir : • d’un amas, d’une trace … • Tau1P3P, partant des traces, est plus efficace à bas ET • Beaucoup de travail ces dernières années F.Tarrade

  12. Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs faibles BNL Etats Unis, Univ. Bonn Allemagne, ICEPP Japon, KEK Japon, LAPP France, Univ. Monréal Canada, Univ. Toronto Canada, Univ. Wisconsin Etats Unis F.Tarrade

  13. signal - fusion de bosons vecteurs faibles : V=W, Z qq  qqVV  qqH (H  ) avec H→→had υ + l υl υ - mH = 120 GeV/c2 - σBr = 340 fb caractéristiques : - topologie particulière : - 2 jets très énergétiques vers l’avant - pas de jets centraux signature dans le détecteur : - 2 jets, un vers l’avant et l’autre vers l’arrière :sert à « étiqueter » - 1 jet  central - 1 lepton central - de l’énergie manquante Signal 3 ans à basse luminosité : 30 fb -1 simulation rapide F.Tarrade

  14. Bruits de fond irréductibles : - Z + jets (EW et QCD) où Z   Zjj (QCD)σBr = 4×106 (σBr)Signal Zjj (EW) σBr = 3×103 (σBr)Signal ZjσBr = 5×106(σBr)Signal Bruits de fond réductibles : - W + jets où W  lνl l = e,μ σBr = 5×107 (σBr)Signal - tt  WbWb où un W  lνl l = e, μ, τ et l’autre W  tous les modes σBr = 8×105 (σBr)Signal Bruits de fond F.Tarrade

  15. Sélection 1/2 - pré sélection :1 lepton isolé + 1 jet + deux jets ou plus - déclenchement sur les leptons : + ETe > 25 GeV où PTμ > 20 GeV - coupure sur le ET du jet :+ ETjets > 40 GeV (pour une bonne réjection des faux ) - étiquetage des jets vers l’avant et l’arrière : + 2 jets étiquetés (bien séparés) . Higgs Wj Zjj(EW) t t ETjet pT max (GeV) Δηjj F.Tarrade

  16. Sélection 2/2 - coupure pour la reconstruction de masse de la pair de  (m) : (approximation colinéaire) - coupure sur la mT :+ mT(l,pTmanq) = ( (ET(l) + ETmanq)2-|pT(l) + pTmanq|2 )½ < 30 GeV - coupure sur le ETmanquante :+ ETmanquante > 30 GeV - coupure sur la mjj :+ mjj> 700 GeV - coupure pour le veto sur le jet :+ pas de jet avec ETjveto >20 GeV entre les 2 ”jets étiquetés ” masse du Higgs : mHiggs = 118.2 +/-8.7 GeV/c2 résolution de 7.4 % (simulation rapide) mHiggs F.Tarrade

  17. Analyse - σ×BR après la pré sélection et après toutes les coupures: Bdf irréductible Bdf réductible σ×BR en fb Signal ~1 événement 15 événements 3 ans LHC à basse luminosité ~3 événements ~6 événements F.Tarrade

  18. Résultats et conclusion • résultat : • - découverte possible pour un Higgs de basse masse • 115 GeV/c2 < mHiggs < 145 GeV/c2 • pour 3 ans à basse luminosité (30 fb -1) • canal très important • erreurs systématiques : • - expérimentales : ETmanq, identification des  • - simulation : description des 2 jets (ME+ PS) • - autres : empilement, calibration, mesure de la • luminosité • à haute luminosité : • - problème : veto dans la région centrale • simulation complète : • - résultats comparables • - reste beaucoup de travail à faire … Signification statistique 5σ découverte mHiggs (GeV/c2) F.Tarrade

  19. Autres F.Tarrade

  20. Higgs - Higgs du Modèle Standard (WBF,ttH) qqH → qqττ, ttH → ttττ - Higgs du MSSM (A/H, H+) A/H → ττ, H+→ τν Processus Exotiques SUSY : signatures avec des τ l’état final Dimensions supplémentaire … Modèle Standard Z → ττ W→ τντ La physique accessible F.Tarrade

  21. Variables for TauID Δη=0.1 granularity of the tower Δη ×Δ Δ=0.1 tau_EMRadius : REM=Σ (ETEM×ΔR) / Σ ETEM tau_IsoFrac : ΔET12=Σ (ETEM+ETHad) 0.1<ΔR<0.2 / Σ(ETEM+ETHad) tau_stripWith2 : Δη2=Σ (η2×ET)/Σ ET – ( Σ (η×ET )/ Σ ET )2  Had EM η F.Tarrade

  22. H1 Method Weights applied directly to cell energies Better resolution and residual nonlinearities Cluster and Energy scale • Cone Algorithm • Highest ET tower for jet seed + cone • Iteration of cone direction, jet overlap, energy sharing, merging F.Tarrade

  23. Energy Flow ETeflow= ETemcl +ETneuEM + S pTtrack + S resETchrgEM + resETneuEM ETeflow/ETtruth ETeflow/ETtruth 1 prong 3 prong <>=1.011 s = 0.0303 <>=1.014 s =0.0663 used only EM cells within DR < 0.2 around tau1P direction ETeflow/ETtruth ETeflow/ETtruth 1.2 1.2 0.8 0.8 Z -> tt F.Tarrade

  24. LVL1 Tau-Trigger ‘ • A 2x2 tower EM cluster + 2 x 2 hadronic cluster used to ID cand. ROIs • A 2x1/1x2 tower EM clusters added to the energy in the hadronic inner region (shown in red) is compared to a threshold. There are 4 in the ROI the highest ET is taken. • A ring of 12 EM towers surrounding the clusters, which is used for isolation in the EM calorimeters • 12 hadronic towers (behind the EM isolation ring) for isolation in the hadronic calo. Tau trigger at LVL1 Hadronic Cal. 2-Tower EM cluster EM Cal. F.Tarrade

  25. Trigger • Trigger in ATLAS LVL1 Calorimeter+MuonTrigger, coarse granularity ~75 kHz Level 1 2.5 μs LVL2 Region of Interest, All detectors, full granularity ~1 kHz Level 2 ~10 ms High Level Trigger Event Filter refines the selection, can perform event reconstruction using latest alignment and calibration data (full offline reconstruction) ~100 Hz Event Filter PC farms ~sec F.Tarrade

  26.  triggers   lepton   hadrons • Possible way of selecting taus with the ATLAS trigger • Lepton Trigger • trigger with the electron or the muon • Hadronic Tau Trigger • - LVL1 Tau Trigger ( Calo) • use EM (0.2×0.2) and hadronic (0.2×0.2) towers to define • a Region of Interest and also for the isolation • in the EM (1.2×1.2) and hadronic (1.2×1.2) calorimeter • - LVL2 Tau Trigger ( Calo+Tracking) • evaluating offline variables : em radius of the cluster, width • in energy deposition, isolation fraction, track … • - Event Filter • based on the default -jet reconstruction code PRELIMINARY t trigger efficiency : still under evaluation F.Tarrade

  27. Bruits de fond irréductibles Bruits de fond diagrammes de Feynman : Zjj (QCD) diagrammes de Feynman : Zjj (EW) F.Tarrade

  28. Résolution Tau3P tauRec Z→ττ Z→ττ <>= -0.007 = 0.028 <>= -0.08 = 0.11 ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) Tau1P ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) Z→ττ <> = 0.007 = 0.056 ET vrai -ET  reconstruit/ ET vrai  (GeV) F.Tarrade

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