Jesús Vizán, Javier Cuevas Univ. Oviedo, Spain .

Sección eficaz y masa del quark top en las desintegraciones dileptónicas de un par top-antitop en el experimento CMS del LHC Jesús Vizán, Javier Cuevas Univ. Oviedo, Spain. Jesús Vizán

Importancia del Top en el LHC. • Redescubrimiento del top… Commisioning 2008 • JES para bJet y jets ligeros • Eficiencia del b-tagging • Medidas de precisión … 2009 en adelante • Medidas de presisión para tt, mt, |Vtb| • Búsquedas de nueva física • El top es un fondo importante para muchos nuevos procesos. Jesús Vizán

Producción de Top en el LHC. • La mayor parte de los tops en el LHC se producirán en forma de pares top-antitop. • La Sección eficaz de producción de pares top en el LHC es ~830pb (NLO) • 90% de estos pares se producen mediante colisiones gluon-gluon. • el 10% restante se produce mediante colisiones qq • También hay producción de tops individuales. Jesús Vizán

Generación, Simulación y Reconstrucción de los datos (1/2). • Generación: • LLevada a cabo con programas (externos a CMS) como Pythia, Alpgen, Herwig, TopRex… • Generación de sucesos para física de altas energías: produce ficheros formateados con la información de las partículas (posición y momento) producidas por las interacciones entre dos partículas (colisiones protón-protón con 14 TeV en centro de masa en este caso). • Implementan modelos teóricos para diferentes aspectos físicos: fragmentación, funciones de distribución de los partones, radiación del estado inicial y final… Jesús Vizán

Generación, Simulación y Reconstrucción de los datos (2/2). • Simulación: • LLevada a cabo con OSCAR (Object oriented Simulation for CMS Analysis and Reconstruction), programa basado en Geant4. • Simulación de los procesos físicos asociados al paso de las partículas (obtenidas en la generación) a través de los diferentes materiales que constituyen el detector. • Resultados de la interacción de las partículas con la materia se guardan en el formato de ¨simulated hits¨. • Reconstrucción: • LLevada a cabo con ORCA (Object oriented Reconstruction for CMS Analysis) • Simulación de la respuesta electrónica a los ¨hits¨ en el detector. Jesús Vizán

Clasificación de las desintegraciones de los pares top-antitop. • El top se desintegra casi exclusivamente dando lugar a un quark b y a un bosón W. • Los pares top-antitop se clasifican por tanto en función de los productos de desintegración del sistema W+W- • Posibles estados finales (Excluyentes): • Totalmente Hadrónico (4/9) → 6 jets • Semileptónico (4/9) → 4 jets + 1 leptón + 1 neutrino • Dileptónico (1/9) → 2 jets + 2 leptones + 2 neutrinos Jesús Vizán

Desintegraciones dileptónicas de un par top-antitop. Estado final relativamente claro, compuesto por tt y algunos fondos de SM. Representa una pequeña fracción de los estados finales de un par tt (4/81) • Signatura: • 2 leptones carga opuesta, alto PT. • µ+µ-, e+e- (1/81). • eµ (2/81). • Alta MET proveniente de los 2 neutrinos. • 2 b-tagged jets con alta ET. VentajasDesventajas 2 leptones cargados2 neutrinos -buena resolución en energía -pérdida de información -fondo menor Menos jetsNo W jets -menor dependencia del JES -no se puede hacer calibración in-situ del JES Jesús Vizán

Esquema del detector CMS. • Detector de píxeles (del tracker): • Gran granularidad permite identificar vértices secundarios (hadronización de un quark b) • Tracker: • Gran cantidad detectores de silicio. • Medida alta resolución en momento de electrones y muones de alto PT. • Ecal (Calorímetro Electromagnético): • Cristales de wolframato de plomo. • Electrones depositan casi toda su energía en agrupación de varios cristales (SuperCluster). • HCAL (Calorímetro Hadrónico): • Láminas de Cobre. • Hadrones depositan la mayor parte de su energía en este detector. • Cámaras de Muones. • Medida alta resolución muones. Jesús Vizán

Canal dileptónico en CMS. • Este canal utiliza información de todos los subdetectores del CMS: • Muones:Cámaras de Muones + Tracker. • Electrones:Calorímetro Electromagnético + Tracker. • Jets procedentes de b-quarks: • Calorimetría Electromagnética y Hadrónica para la reconstrucción del jet procedente del quark b. • Jet: Obtenido a partir deposiociones energías en ambos calorímetros en un cono R fijo (En este caso 0.5, calculándose el centro del cono mediante algoritmo iterativo). • Posteriormente se calibra la energía en función ET y η(MC; sucesos γ+jets) • Detector de píxeles para realizar el b-tagging: debido al no despreciable tiempo de vuelo del quark b en el detector es posible determinar la probabilidad de que un jet proceda de un quark b en función de la distancia entre la posición del origen del jet (vértice secundario) y la posición de la colisión (vértice primario). • Energía no medida (neutrinos): Balance de Energía en las dimensiones transversas usa información de todos los subdetectores. Jesús Vizán

Selección de sucesos: Leptones. Para seleccionar los pares top-antitop dileptónicos, se aplican cortes en variables cinemáticas en función de la signatura del canal: PT de los leptones, ET de los Jets, MET del suceso y B-tagging. • Leptones: Esperamos tener 2 leptones con alta ET (y carga opuesta): • Et > 20 GeV para ambos leptones. • Carga Opuesta. • |η| < 2.4 muones y |η| < 2.5 para electrones. • Criterio de aislamiento (para evitar leptones que se producidos en la desintegración de mesones o bariones). Jesús Vizán

Selección de sucesos: Muones. Eficiencia criterio aislamiento muones ~80% Eficiencia de Reconstrucción para muones ~98.5% Excelente Resolución en momento Jesús Vizán

Selección de sucesos: Electrones. • Se usa un criterio similar al de los muones para el aislamiento • Se requieren cortes adicionales: • E/H<0.05 (Energía asociada ECal/ Energía HCal). • 0.8<E/P< 3 (Energía Ecal / Momento traza Tracker). E/P Eficiencia de Reconstrucción para electrones ~90% Jesús Vizán

Selección de sucesos: MET • La presencia de 2 neutrinos en este canal produce una alta MET • Se requiere alta MET medida en el suceso: >40GeV. • Supone ~80% eficiencia para la señal. Jesús Vizán

Selección de sucesos: Jets • Se requiere que haya 2 Jets con ET > 20 Gev y |η|<2.5 • Para eliminar fakes de electrones a jets se usa el siguiente criterio: • Se acepta el jet si la energía del supercluster más cercano al jet (R < 0.2) es menor que el 75% de la energía del jet • Fracción de los sucesos para los que ambos jets seleccionados son los originados por los quarks b es del 70%. • Jet. • Fake de electron a Jet Jesús Vizán

Selección de sucesos: b-tagging • Se requiere que para los jets seleccionados se haya medido un vértice secundario. Eficiencia ~20%. Alta supresión de todos los fondos (excepto resto desintegraciones tt) • Fracción de los sucesos para los que ambos jets seleccionados son los originados por los quarks b aumenta al 95%. Jesús Vizán

Fondos Principales para el canal. • Fondos Físicos. • Dibosones (WW/WZ/ZZ) estados finales leptónicos + jets. • Leptones Reales, MET Real, jets procedentes de radiación del estado inicial/final. • Se espera medir estos fondos usando simulación de MC. • Fondos Instrumentales. • Falsos leptones. • W + jets; QCD con un jet mal identificado como un leptón • Drell-Yan (Z/γ* → l+l-); Z + jets • MET falsa obtenida de leptones o jets mal medidos. • Sección eficaz enorme. • Se espera estimar estos fondos a partir de los datos. Jesús Vizán

Resumen de la selección y sistemáticos. • Selección. • Tras la selección completa se obtiene ~5% eficiencia para la señal y contaminación de fondo <10%. • El fondo más importante se ha estimado como el producido por sucesos Z + jets. • Sistemáticos: • Diferentes causas afectan a la selección de señal y fondo y en consecuencia a la medida de la sección eficaz. • ISR, FSR, función de distribución de los partones, framentación. • Estudiadas mediante nuevas muestras obtenidas modificando parámetros teóricos en la fase de generación (simulación rápida del detector) • JES (para jets provenientes de quarks pesados) • Estudiada modificando los valores medidos de PTjet: • PTjet =(1±)Ptjet  lineal de [20,50GeV]→[10%,3%] Jesús Vizán

Medida de la masa del quark top (1/4) • Los métodos de medida de la masa del top se basan en reconstruir una cantidad observable sensible a MTop. • En este caso se parte de la medida de los momentos de los leptones y de los jets (tras aplicar la calibración). • Suponiendo conocida la masa del W y del propio top y haciendo el balance de energía en las dimensiones transversas a la colisión se puede reconstruir la cinemática de los 2 neutrinos, Jesús Vizán

Medida de la masa del quark top (2/4) Jesús Vizán

Medida de la masa del quark top (3/4) • Comparando ciertas variables cinemáticas asociadas a los neutrinos reconstruidos con los espectros predichos en el SM se puede asignar un peso a la solución obtenida. • Para cada suceso se puede resolver el sistema de ecuaciones haciendo un barrido en Mtop. Pudiéndose asignar al suceso el valor de Mtop del barrido que proporciona un mayor peso. • La variable obtenida de esta manera tiene una gran sensibilidad a Mtop. Jesús Vizán

Medida de la masa del quark top(4/4) • Observable obtenido usando MTop = 175 GeV en la obtencion de las predicciones del SM para las variables cinemáticas empleadas para pesar las soluciones. Jesús Vizán

Conclusiones. • Selección sucesos y sección eficaz. • Para los sucesos tt dileptónicos es posible posible seleccionar los sucesos con una eficiencia del 5% y una contaminación de sucesos de fondo de menos del 10%, para una luminosidad integrada ~10fb-1. • En esas mismas condiciones la medida de la sección eficaz estaría dominada por los sistemáticos. Obteniéndose /=11%(sist)+0.9%(estad)+3%(lumi) • Método medida Mtop. • La mayor fuente de errores proviene de la JES. • Tras 10fb-1 (calibracíones Z+jet y γ+jet) sería posible estimar Mtop con un error ~1 GeV. La mejor medida posible junto con la del canal semileptónico. Jesús Vizán

Jesús Vizán, Javier Cuevas Univ. Oviedo, Spain .