Primi passi per una Muon Momentum Scale

1. Padova, CMS meeting – 2 aprile 07 Primi passi per una Muon Momentum Scale Tommaso Dorigo,Marco Demattia

2. Introduzione • La calibrazione della scala in momento dei muoni è fondamentale per: • Misure di massa del bosone W • Monitoring del tracker, del campo magnetico • Correzione di effetti locali nel detector • Ricostruzione di segnali ad alta massa invariante • Misure di massa del top, misure in B physics, eccetera • Lo studio delle risonanze J/psi, Y, Z permette di perfezionare il Monte Carlo (scala, risoluzione) e di aumentare l’efficienza degli algoritmi

3. Piano di lavoro • Generazione di diversi campioni di risonanze e backgrounds, con un occhio alla “early physics” (diciamo qualche pb-1) e un altro più avanti • Ricostruzione dei campioni con modifiche alla geometria e/o al campo magnetico • Scopo: scoprire quanto siamo sensibili a disuniformità o imprecisioni nel modello fisico, e perfezionare la nostra possibilità di intervenire con correzioni ad hoc • Si confronteranno campioni standard con campioni modificati, per “simulare” il confronto MC/dati • Sviluppo di un algoritmo di base, e uno più avanzato in parallelo • Base: determinazione della funzione di calibrazione in funzione della curvatura media dei muoni, per diversi range di pseudorapidità e diversi livelli di qualità dei muoni • Avanzato: algoritmo che prende in considerazione più variabili e ottiene una funzione di calibrazione con maggiore precisione • By-product: studio della risoluzione dei mu in funzione delle loro caratteristiche cinematiche e qualitative

4. Stato attuale • Studiati 43,000 eventi generati in 1.2.0 (thanks Ugo per averli portati a PD): • 6916 ppZX mm • 1779 ppJ/psiX mm • 20936 ppmmX • 11686 ppmX • 1870 ppWXmnX • Vedi plots M(mm) • Ricostruzione globale, match con muoni veri entro DR<0.1 • Vedi plot DR • Studiate dipendenze da eta e Pt – nessun problema per i global muons, gli standalone per ora sono stati lasciati alone…

5. Matching con muoni MC nessuna differenza di rilievo per alta rapidità • DR<0.1 anche troppo largo, ma per ora non ci sono comunque criteri di qualità sui muoni selezionati, per cui usiamo questo per una prima occhiata

6. Distribuzioni di massa – Zmm Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

7. Distribuzioni di massa – J/psi  mm Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

8. Distribuzioni di massa – ppmmX Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

9. Distribuzioni di massa – ppmX Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

10. Distribuzioni di massa – ppWmnX Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

11. Distribuzioni di massa – all together Alto: tutte le coppie di global muons (blu), MC muons (rosso) Basso: coppie con matching DR<0.1

12. Mass fits • Come “riscaldamento” abbiamo preso in considerazione qualche variabile cinematica della coppia di muoni, per studiare la dipendenza di scala e risoluzione da esse. • Pt medio dei due mu • Curvatura media dei due mu • Pseudorapidità della coppia di mu • Azimuth della coppia di mu • Pseudorapidità del mu meno centrale • DR fra i due mu • Pt della coppia di mu • Differenza in rapidità fra i due mu • P medio dei due mu • Nei plots di massa entra ogni coppia di global muons con un DR match a due MC muons. • Ogni variabile è binnata opportunamente • I fits alla distribuzione di massa vengono fatti separatamente per le coppie con massa fra 2.6 e 3.4 GeV e con massa fra 50 e 130 GeV. • Fit function: pol1+gaus • Si prendono in considerazione solo bins ove vi siano almeno 50 entries

13. Esempio di mass fits Righe 1 e 2: Zmm Righe 3 e 4: J/psimm

14. Dipendenze della scala in momentoe della risoluzione dalla cinematica • Ovviamente si tratta di un esempio • Interessante la normalizzazione (v. talk di Ugo), da mettere a posto per • dare un significato (che qui per ora non hanno) alle barre di errore • Verificare l’effetto del background e di diversi tagli di qualità (qui non applicati) • In 1.3.0 alcuni miglioramenti alla ricostruzione sono attesi • Per ora si confronta MC con i valori di riferimento per la massa di J/psi e Z (e per quest’ultima c’è anche una dipendenza dalle PDF da verificare)  nessun interesse pratico • Però i plots danno un’idea di quello che si può fare con un po’ di segnale • Variabili studiate: media e larghezza della massa della risonanza ricostruita con global muons con match a MC muons • Si plotta poi la differenza relativa con i valori veri (3.097, 91.19)

15. Plots di DM/M vs x Da sinistra a destra: Pt medio (GeV) Curvatura media (1/GeV) Pseudorap. della coppia Da sinistra a destra: Phi della coppia Pseudorap. mu forward Delta R fra i due mu Da sinistra a destra: Pt della coppia (GeV) Delta (eta) fra i due mu P medio (GeV) In rosso i risultati dei fits alla Z, in nero i risultati dei fit alla J/psi

16. Plots di sM/M vs x Da sinistra a destra: Pt medio (GeV) Curvatura media (1/GeV) Pseudorap. della coppia Da sinistra a destra: Phi della coppia Pseudorap. mu forward Delta R fra i due mu Da sinistra a destra: Pt della coppia (GeV) Delta (eta) fra i due mu P medio (GeV) In rosso i risultati dei fits alla Z, in nero i risultati dei fit alla J/psi

17. Alternative • Un metodo stupido ma veloce per studiare dipendenze della scala di momento da una variabile x è quello di creare un profile histogram • Si decide un range ove S/N sia grande per gli eventi dovuti alla risonanza • Si riempie al valore x della variabile studiata con una entry al valore (M-Mtrue)/Mtrue • Con opportuno peso negativo si può aggiungere eventi dalle sidebands per correggere il loro effetto. Es.: • Regione A([2.65,2.95]: si riempie l’istogramma con il valore x=M, y=(M-2.8)/3.1 e peso w=-0.5 • Regione B[2.95,3.25]: si riempie con x=M, y=(M-3.1)/3.1 e peso w=1.0 • Regione C[3.25,3.4]: si riempie con x=M, y=(M-3.25)/3.25 e peso w=-0.5. • Questo metodo può servire a definire delle forme funzionali per le dipendenze da x della scala, F(xi), anche in presenza di basso rapporto S/N

18. Confronto fra profiles e fits PRELIMINARE!!! In rosso i risultati della Z, In nero i risultati della J/psi Marker pieno: profiles Marker vuoto: fits In generale i trends sono simili, ma ci sono differenze non capite… Vanno studiate.

19. Conclusioni • Nessuna per ora! • Stiamo mettendo a punto degli strumenti per studiare la calibrazione del momento con i dati della “early physics” • Studieremo deformazioni del campo B e disallineamenti globali del tracker con modifiche alla geometria nel MC e con due algoritmi, uno “base” e uno più avanzato • Servono inputs esterni: • Maggiori generazioni (part. di background samples) • Normalizzazioni relative e due diversi scenari • Set di tagli di qualità “standard” • Altre idee!!!