Martina Schäfer 1 Etude du boson Z de KK dans le canal Z e + e - dans lexpérience ATLAS@LHC Martina Schäfer GDR-Susy 5-7 juillet 2004 travail préparé au

Martina Schäfer 1

Etude du boson ZEtude du boson Z de KK dans le canal de KK dans le canal Z Z ee++ee--

dans l’expérience ATLAS@LHCdans l’expérience ATLAS@LHC

Martina SchäferMartina Schäfer

GDR-SusyGDR-Susy

5-7 juillet 5-7 juillet 20042004

travail préparé autravail préparé au LPSC LPSC sous la direction de: sous la direction de:

F.LedroitF.Ledroit (LPSC-Grenoble) pour l’obtention du (LPSC-Grenoble) pour l’obtention du DEIRDEIR et et Th.MüllerTh.Müller (Universität Karlsruhe) pour le (Universität Karlsruhe) pour le DiplomarbeitDiplomarbeit

IEKP

Martina Schäfer 2

Atlas Z’ de Kaluza-Klein Données utilisés

Cinématiques DY et l’interférence

Bruit de fond physique Largeur totale

Section efficace leptonique Asymétries A_FB

Simulation complète Résumé

Varia

bles

di

scrim

inan

tes

GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 3

ATLAS (1)ATLAS (1)

ATLAS CMS LHCb

physique du B violation CP

ALICE ions lourds quark-gluon plasma

nombreux

domaines


largeur: ~40mrayon: ~10mpoids: ~ 7000 tcanaux électriques: ~108

cables: ~3000 km

calorimètre électromagnétique ECALidentification électron/photon excellente

bonne résolution en E

ATLAS (2)ATLAS (2)

chambres à muonsréponse rapide pour le trigger

bonne résolution en p

calorimètre hadronique HCALbonne performance pour les jets

et ET manquante

détecteur interne IDdétecteur de traces à haute

efficacitéhaute précision sur le

paramètre d’impact

comparaiso

n


Z’ de KKZ’ de KK Z’(KK): dimensions supplémentaires,

Kaluza-Klein fermions confinés sur une

3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes

ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S1/Z², tous les fermions sur le même « orbifold point »

tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M²n=(nMc)²+M0², Mc échelle de compactification, M0 masse du boson de jauge habituel

limite de découverte actuelle (indirecte par des mesures électrofaibles SI boson de Higgs léger + dans le bulk)

M 4TeV

n=1 n=2

n=3n=4

MC=1TeV

Autres modèles de Z’:

•SSM

•E6

•Left-right symmetric

•…


ola forme BW complète est incluse pour le photon et le Z et leurs 2 premières résonances

oles masses et couplages sont définis, les largeurs calculées

oles autres résonances sont resommées

oles éléments de matrice sont interfacés avec Pythia, Pythia est utilisé pour le QCDshowering des quarks initiaux et l’hadronisation (PDF: default, CTEQ5L)

Données utiliséesDonnées utilisées

objectif: étude des variables discriminantes

canal Z’ e+e-

génération avec Pythia Z’(KK) « user defined extern process » in Pythia (T.Rizzo, G.Azuelos)

Z’(KK) à 4TeV et très brièvement à 1.5TeV (cross-check) Z’(autres modèles) à 1.5TeV et 4TeV avec la structure d’interférence

complète (DY) sans ISR/FSR, coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV

simulation complète Z’(KK) à 4TeV en cours Z’(autres modèles) à 1.5TeV (4TeV en cours) avec DY avec ISR/FSR, coupure CKIN(1) = 500GeV

basse luminosité (sans pile-up)

SN-ATLAS-2003-023

G.Azuelos, G.Polesello


CinématiquesCinématiquespour le KK à 4TeV

pT du e- e+ || des e- et e+

=(e-,e+) au labo

pz du Z’


DY et l’interférenceDY et l’interférence

l’interférence pour le SSMMll(GeV) avec

int.

Mll(GeV) DY

destructif !

/GeV

l’interférence pour le Z’(KK)

Mll(GeV) avec int.

Mll(GeV) DY+Z’

plus mince

/GeV

plus large


Bruit de fondBruit de fondà 4 TeV, génération

Mll/GeVSignal très propre,

facile à mettre en évidence

à 4TeV, avec B=DY, 1année de haute luminosité (100fb-

1)S B

SSM 25 0.3

KK 230 --bb

pT(e) << 50GeV


Variables discriminantesVariables discriminantes

Largeur totaleLargeur totaleSection efficaceSection efficace

AsymétriesAsymétries

au niveau de la génération et à 4TeV


Largeur totale (1)Largeur totale (1)fit pour la largeur totale

exp (DY)

BW

BW*exp+exp

±4 pic

DY

luminosité des partons +

interférence

/GeV

exemple:modèle Z’(eta) à 1.5

TeV

KK: sans l’exp pour le DY


Largeur totale (2)Largeur totale (2)résultats à 4TeV

/GeV

Fit (GeV)

Theo.

(GeV)

SSM 121.90.8

119.2

24.7

0.3

21.2

30.0

0.3

25.2

51.1

0.2

46.8

LR 88.0

0.6

81.6

KK 180.0

1.2

à 1.5TeV: =66.5 0.4GeV

bon accord, /M=0.045 à 4TeV et /M=0.044 à 1.5TeV

linéaire en M


Largeur totale (3)Largeur totale (3)Z’(KK) résonances:

superposition de (n) et de Z(n)

fit par (BW+BW)*exp

dans le générateur (pour M=4TeV):

((1)) = 169.70GeV

(Z(1)) = 241.95GeV

résultat du fit (pour M=4TeV):

(dans l’hypothèse ((n)) /(Z(n))=const. et

connu)

((1)) = 166.4 1.4GeV

(Z(1)) = 236.2 2.0GeV


Section efficaceSection efficace

calculée à partir de la luminosité (section

efficace de Pythia) le nombre d’événements

dans le pic sans le DY dans 4 acceptance 1 (génération) en accord avec Pythia * ( décroissances exotiques du

Z’)

(fb)

*(GeV fb)

SSM 0.25

0.001

30.7

0.2

KK 2.3

0.01

415

3.2

KK à 1.5TeV: =615fb


Avant/Arrière (1)Avant/Arrière (1)

dans collisions pp il n’y a pas de direction avant/arrièrenaturelle direction du q “avant” direction du q approximée

par la direction du Z’(le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que l’antiquark de la mer)

dans 25% des cas faux l’approximation est

meilleure à haute rapidité Y du Z’

% des evts avec la fausse direction du q

|Y| > 0.8: 10% faux


Avant/Arrière (2)Avant/Arrière (2)

* = (e-,z-axis)* = (e-,q) * = (e-,Z’)

distribution cos *

dans le repère du Z’:

cos* est symétrique cos* est asymétrique

A(true) cos* : perte de

l’asymétrie A(obs)


A_FBA_FB (1) (1) en fonction de Men fonction de M

vraie direction du quark

fit

comptage

or

conclusion:Accord entre le fit

et le comptage.

A_FB(M)=(N+-N-)/N

N+: cos>0, dans chaque bin en M

! il faut corriger l’acceptance !

fit à la distribution cos dans chaque bin de M

3/8(1+ cos2) + A_FB cos

Mll(GeV)



fit

direction du q

direction du Z’

conclusion:Perte de

l’asymétrie.

à 1.5TeV

Mll(GeV)


comptage, sans(avec) coupure |Y|>0.8

q, sans coupure

q, avec coupure

Z’, sans coupure

Z’, avec coupure

conclusion:La coupure en |Y|réduit la perte de l’asymétrie.Mais: l’acceptancedécroit avec |Y|.


Mll(GeV)



conclusion:fit en 2D marche,eps(y) est indépendentdes modèles, maisdépendent de la

masse.

Avantage: accèsà A(true) et non passeulement à A(obs)

facteur de dilution: A(obs)=D A(true),

D=1-2eps(y)simple divisionne marche pas,

comme Ddépend du modèle

Dilution

fit q

fit Z’

fit 2D

fit en 2D à la distribution cos dans chaque bin de M

3/8(1+ cos2) + A*(1-2eps(Y)) cos



A(true), 4TeV génération

Mll(GeV)


A_FBA_FB (5) (5) en fonction de Yen fonction de Y

Y

A_FB(Y)=(N+-N-)/NN+: cos>0, dans chaque bin d’YA_FB(-Y)= - A_FB(Y)

! il faut corriger l’acceptance !

KK

SSM

A_FB(Y) caractériséepar la pente d’unedroite.

à 1.5TeV


Simulation complèteSimulation complète

quelques aspects de la quelques aspects de la simulation complètesimulation complète(uniquement SSM à (uniquement SSM à

1.5TeV)1.5TeV)


Identification & Calibration Identification & Calibration des électronsdes électrons

uniquement clusters avec ET>50GeV identification des électrons “standard”

90% d’efficacité pour les électrons <5% pour les photons, 0.1% pour les jets

calibration “standard” : photons dé-calibration & re-calibration (uniquement dans le barrel)

après

recalibration

avant

recalibration

temporaire

resolution sur les électrons (pour

M=1.5TeV)


Masse reconstruiteMasse reconstruite

seulement evts avec 2 électrons identifiés e+ et e-

2 électrons dans le barrel pertes par

bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour l’instant)

vérité

recalibré

non calibré

Mll/GeV

=11GeV

+ queuesrésolution surla masse (pour M=1.5TeV)


AcceptanceAcceptanceacceptance(55%, seulement barrel 45% )

en |Y|(Y of Z’)

en |cos|

en |cos| en plusieurs bins en |Y|

haute |Y|

basse |Y|

2

1

1

1

1

1

10

0

0


Largeur totaleLargeur totale

DY

fit

en GeV gen. théo. G+G+G

SSM 45.9 0.3

44.7 46.7

1.5

résolution du détecteur

largeur naturelle

[Res][BW*exp+exp]

résolution :

Gauss+Gauss+Gauss(calibration temporaire) Mll/GeV


A_FB(M)A_FB(M)

génération (60.000evts)

simulation complète (10.000evts acceptés)

Dilution

fit q

fit Z’

fit 2D


A_FB(Y)A_FB(Y)

génération

simulation complète


Résumé et PerspectivesRésumé et Perspectives étude des variables discriminantes pour différents modèles de Z’

largeur totale section efficace asymétries

au niveau de la génération, mais aussi en simulation complète d’ATLAS

le Z’(KK) fait partie des modèles étudiés, il se distingue bien des autres modèles par son effet d’interférence destructive par une largeur/section efficace 10fois plus grande par une asymétrie plate (proche de celle du DY pur)

simulation complète du Z’(KK): attente des données, les programmes d’analyse sont prêts et testés

avec les autres modèles à 1.5TeV

à long terme: fit global pour distinguer les modèles


FINFIN

BACK-UP


Back-up (1)Back-up (1) Theoretical decay width = gx² /48 (cv²+ca²) Mx (for mf=0)

gx=g/cosw, g=e/sin w

Extra dimensions S1: y=0..2R, 0=2R Z²: y=-y=2R-y Fix points: 0 et

Dilution A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true),

eps: % of wrong q direction

Charge miss-identification: 3.5%


Calibration (1)Calibration (1) “standard” calibration

:photons

de-calibration re-calibration only barrel

beforerecalib.

afterrecalib.

energy

Stathes Paganis (University of Wisconsin)

200GeV

/E=0.9%

(E)/E (E=200GeV) =9.5%sqrt(E)-1

0.45% 0.8% ok


Calibration (2)Calibration (2)

/E=0.8%

energy

1TeV afterrecalib.

beforerecalib.

(E)/E (E=1000GeV) =9.5%sqrt(E)-1

0.45% 0.5% ok


Calibration (3)Calibration (3)Results on the Z’ (SSM 1.5TeV), electrons at about 750GeV(E)/E (E=750GeV)

=9.5%sqrt(E)-1 0.45% 0.6% ok(M)/M (M=1.5TeV)

= sqrt(2) (E)/E 0.8% ok

/E0.7%

resolution of electrons (Z’ at

1.5TeV)

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Martina Schäfer 1 Etude du boson Z de KK dans le canal Z e + e - dans lexpérience ATLAS@LHC Martina Schäfer GDR-Susy 5-7 juillet 2004 travail préparé au