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

Journées de Physique Atlas FranceJournées de Physique Atlas FranceAutrans, 27-29 mars 2006Autrans, 27-29 mars 2006

Identification des leptons Identification des leptons Recherche d’un boson de Higgs Recherche d’un boson de Higgs

produit par fusion de bosons produit par fusion de bosons vecteurs faiblesvecteurs faibles

Fabien TarradeFabien TarradeLAPP, AnnecyLAPP, Annecy

[email protected]@lapp.in2p3.fr

Journées de Physique Atlas France 2006 F.Tarrade 2

Identification des leptons - Algorithme TauRec

- Algorithme Tau1P3P - Conclusion

Recherche du Higgs produit par WBF

- Présentation - Analyse - Résultats et conclusion

PlanPlan


ICEPP Japon, IFAE Espagne, KEK Japon, LAPP ICEPP Japon, IFAE Espagne, KEK Japon, LAPP France, IFJ-PAN Pologne, Univ. Alberta Etats France, IFJ-PAN Pologne, Univ. Alberta Etats Unis, Univ. Bergen Norvège, Univ. Columbia Unis, Univ. Bergen Norvège, Univ. Columbia Etats Unis, Univ. Freiburg Allemagne, Univ. Etats Unis, Univ. Freiburg Allemagne, Univ. Milan, Univ. Oregon Etats Unis, Weizmann Milan, Univ. Oregon Etats Unis, Weizmann

Israël Israël

Identification des leptons Identification des leptons


Modes de désintégrationModes de désintégrationModes de désintégration des – Désintégrations leptoniques

ee (17.4%)

(17.8%)

– Désintégrations hadroniques 1 trace chargée : (“1 prong”)

(11.0%)

(25.4%)

(10.8%)

(1.4%)

n (1.6%)

3 traces chargées : (“3 prongs”)

n(15.2%)

~35 %

~77 %

~23 %

Comment les identifier ?

1 trace, paramètre d’impact profil de la gerbe

3 traces, paramètre d’impactsecond vertexprofil de la gerbe

séparation entre e/μ et→μ/e υμ/e très difficile


Reconstruction des jets 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) ΔET

12 = fraction de ET dans les calorimètres EM&hadroniques 0.1<ΔR< 0.2 N trace ,charge, paramètre d’impact,

Lavant largeur de ET en η du 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

jet τ

π0

π+

π-

π+


Algorithme : TauRec 1/2Algorithme : TauRec 1/2Il 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

ΔET12 nombre de trace

un

ité a

rbitr

aire

un

ité a

rbitr

aire


Algorithme : TauRec 2/2Algorithme : TauRec 2/2

maximum de vraisemblance ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV)

candidat : TauRec

Z→ττ

<>= 1.08 = 0.10

- calcul d’un maximum de vraisemblance (likelihood) REM, ΔET

12, 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

un

ité a

rbitr

aire

un

ité a

rbitr

aire


Algorithme : Tau1P3P 1/2Algorithme : Tau1P3P 1/2

ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV) ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV)

Tau3P Tau1P

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

Z→ττ Z→ττ

<> = 0.99 = 0.095

<>= 1.02 = 0.05

un

ité a

rbitr

aire

un

ité a

rbitr

aire


Algorithme : Tau1P3P 2/2Algorithme : Tau1P3P 2/2 - calcul d’un jeu de variables pour l’identification des jets

- calcul d’un discriminant REM, ΔET

12, Lavant, Navant, ET chrg Had

/pT, (ET autres EM + ET autres Had)/ET calo

- coupure pour l’ identification des sur : discriminant, variables discriminantes

candidat : Tau1P ou Tau3P

REM ΔET12

un

ité a

rbitr

aire

un

ité a

rbitr

aire


Efficacité et réjection Efficacité et réjection

|η|

effic

acité

tota

le

- tauRec : coupure sur le maximum de vraisemblance pour avoir une efficacité de ε=50%

- tau1P3P : coupures sur les variables discriminantesgrande dépendance du facteur de réjection en fonction du pT

Z→ττZ→ττ

tauRec

ε=50%

distribution de l’efficacié totale

|η|

tauRec tau1P3P

effic

acité

tota

le Z→ττ

ε=50%J2 : R=95J3 : R=196

efficacité totale

réje

ctio

n

di-jets


ConclusionConclusion

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


Recherche d’un boson de Higgs Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons produit par fusion de bosons

vecteurs faiblesvecteurs faibles

BNL Etats Unis, Univ. Bonn Allemagne, BNL Etats Unis, Univ. Bonn Allemagne, ICEPP Japon, KEK Japon, LAPP France, Univ. ICEPP Japon, KEK Japon, LAPP France, Univ. Monréal Canada, Univ. Toronto Canada, Univ. Monréal Canada, Univ. Toronto Canada, Univ.

Wisconsin Etats UnisWisconsin Etats Unis


SignalSignalsignal

- fusion de bosons vecteurs faibles : V=W, Z qq qqVV qqH (H ) avec H→→had υ + l υl υ

- mH = 120 GeV/c2 - σBr = 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

3 ans à basse luminosité :30 fb -1

simulation rapide


Bruits de fondBruits de fond

Bruits de fond irréductibles : - Z + jets (EW et QCD) où Z Zjj (QCD) σBr = 4×106 (σBr)Signal

Zjj (EW) σBr = 3×103 (σBr)Signal Zj σBr = 5×106(σBr)Signal

Bruits de fond réductibles : - W + jets où W lνl l = e,μ

σBr = 5×107 (σBr)Signal

- tt WbWb où un W lνl l = e, μ, τ et l’autre W tous les modes σBr = 8×105 (σBr)Signal


Sélection 1/2Sélection 1/2 - pré sélection :1 lepton isolé + 1 jet + deux jets ou plus

- déclenchement sur les leptons : + ETe > 25 GeV où PT

μ > 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)

ΔηjjET jet pT max (GeV)

. Higgs Wj Zjj(EW) t t


Sélection 2/2Sélection 2/2 - coupure pour la reconstruction de masse de la pair de (m) :

(approximation colinéaire)

- coupure sur la mT :+ mT(l,pTmanq) = ( (ET(l) + ET

manq)2-|pT(l) + pTmanq|2 )½ < 30 GeV

- coupure sur le ETmanquante : + ET

manquante > 30 GeV

- coupure sur la mjj :+ mjj > 700 GeV

- coupure pour le veto sur le jet :+ pas de jet avec ETj veto >20 GeV entre

les 2 ”jets étiquetés ”

mHiggs

masse du Higgs :

mHiggs = 118.2 +/-8.7 GeV/c2

résolution de 7.4 % (simulation rapide)


AnalyseAnalyse

σ×BR en fb

génération H→ττ Zjj (QCD)

Zjj (EW)

Zj t t Wj

coupure de pré sélection

29.66 145.5×104 1.2×103 1.66×104 1.76×104 6.65 ×104

fenêtre en masse

0.51 0.20 0.03 0.11 0 0

Signal

~6 événements

~1 événement

~3 événements

15 événements3 ans LHC à basse luminosité

- σ×BR après la pré sélection et après toutes les coupures :

Bdf réductibleBdf irréductible


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 : ET manq, 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 …

Résultats et conclusionRésultats et conclusion

Signification statistique

découverte

mHiggs (GeV/c2)

5σ


AutresAutres


La physique accessibleLa physique accessibleHiggs - 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


Variables for TauIDVariables for TauIDΔη=0.1

Δ=

0.1granularity of the tower

Δη ×Δ

η

EM

Had

tau_EMRadius :REM=Σ (ET

EM ×ΔR) / Σ ETEM

tau_IsoFrac :ΔET

12=Σ (ETEM+ET

Had) 0.1<ΔR<0.2 /Σ(ET

EM+ETHad)

tau_stripWith2 :Δη2=Σ (η2×ET)/Σ ET – ( Σ (η×ET )/ Σ ET )2


H1 Method

– Weights applied directly to cell energies

– Better resolution and residual nonlinearities

CCjHADj

jHADHADjEMj

jEMEMPSjet EEE ,,,, )()(

ParameterSampling Method H1 Method

R=0.4 R=0.7 R=0.4 R=0.7

a (%GeV1/2) 66.0 ± 1.5 61.2 ± 1.3 53.9 ± 1.3 51.5 ± 1.1

b (%) 1.2 ± 0.3 1.4 ± 0.2 1.3 ± 0.2 2.5 ± 0.2

2 prob. (%) 1.6 0.8 27.3 66.7

Cone Algorithm– Highest ET tower for jet seed + cone– Iteration of cone direction, jet overlap, energy sharing, merging

Cluster and Energy scaleCluster and Energy scale


Energy FlowEnergy Flow

Z ->

ETeflow= ET

emcl +ETneuEM + pT

track + resETchrgEM + resET

neuEM

= 0.0303

=0.0663

ETeflow/ET

truth ETeflow/ET

truth

ETeflow/ET

truth ETeflow/ET

truth

1.2

0.8

1.2

0.8

1 prong 3 prong

used only EM cells within R < 0.2 around tau1P direction


LVL1 Tau-TriggerLVL1 Tau-Trigger‘

Hadronic Cal.

EM Cal. 2-TowerEM cluster

• 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


TriggerTrigger Trigger in ATLAS

High LevelTrigger

Level 1

2.5 μs

~10 ms

~secPC farms

Level 2

Event FilterHz

kHz

kHz

LVL1 Calorimeter+Muon Trigger, coarse granularity

LVL2 Region of Interest, All detectors,full granularity

Event Filter refines the selection,can perform event reconstructionusing latest alignment and calibrationdata (full offline reconstruction)


triggerstriggersPossible 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

lepton

hadrons

PRELIMINARY

trigger efficiency : still under evaluation


Bruits de fondBruits de fond

Bruits de fond irréductibles

diagrammes de Feynman : Zjj (EW)

diagrammes de Feynman : Zjj (QCD)


RésolutionRésolution

ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV)

tauRec

Z→ττ

<>= -0.08 = 0.11

ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV)

Tau3P

Z→ττ

<>= -0.007 = 0.028

ET vrai -ET

reconstruit / ET

vrai (GeV)

Tau1P

Z→ττ

<> = 0.007 = 0.056

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