1
Mesures de la section efficace de production de paires de quark top dans les collisionneurs hadroniques
2
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruits
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniques
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØ
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLAS
V.V. Recherche du Higgs chargé dans les paires de top Recherche du Higgs chargé dans les paires de top àà ATLAS ATLAS
3
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruitsLes collisionneurs hadron-hadron : TeVatron et LHC
Les ensembles de détection : DØ et ATLAS
Algorithme de d’identification des électrons mous dans DØ
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniques
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØ
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLAS
V.V. Recherche du Higgs chargé dans les paires de top Recherche du Higgs chargé dans les paires de top àà ATLAS ATLAS
4
Le TeVatron et le LHC
TeVatron Run IITeVatron Run II LHCLHC
ΔΔt entre collision t entre collision
LuminositéLuminosité
Energie cdmEnergie cdm
<n><n>int.int./ croisement/ croisement
396 ns1032 cm-2s-1
1.96 TeV~2.3
25 ns1033 cm-2s-1
14.0 TeV~2.3
pp
14 TeV
5
2002 2003 2004 2005 2006 2007
Lu
min
osit
é in
tég
rée
2.9 fb-1
2 fb-1
3 fb-1
2.4 fb-1
1 fb-1
Le TeVatron et le LHC
425 pb-1
Août 2002 – août 2004
6
Schéma d’une collision hadronique
Interaction hadron-hadron●Les hadrons ont une sous structure
Quarks de valence & mer et gluons●Energie totale de la collision inconnue
Déroulement d’une collision●Interaction dure
Grande énergie de transfert●Recombinaison des partons spectateurs
Evénement sous-jacent●Radiation de gluons (ISR, FSR)
Radiations de gluons●Fragmentation/hadronisation
Quarks et gluons s’habillent jets hadroniques
Interactions de paquets de hadrons ●Empilement des collisions
p
p (p)-
7
Les collisions hadroniques : le déclenchement
Déclenchement de l’enregistrement ●Enregistrement des collisions intéressantes
Filtrage des collisions inélastiques~2.5 106 collisions s-1
50 Hz sur bande●Le filtrage
Présence de particules énergétiquesLeptons isolés, jet hadroniques… Filtres spécifique aux événements
2.5 MHz2.5 MHz50 Hz50 Hz
8
Les détecteurs DØ et ATLAS
Détecteurs généralistes en physique des particules●Etude des collisions à grande impulsion transverse
Trajectoires et impulsion de particules chargées TrajectographeMesure de l’énergie Calorimètres EM et hadroniqueDétection et mesure d’impulsion des muons Système à muons
9
Les trajectographes internes
Caractéristiques●Reconstruction des traces
Couverture : |η|<2.5
●Mesure de l’impulsion des tracesChamp B solénoïdal de 2 T
σ(1/pT)≈1.5%/pT +0.18%
Reconstruction de vertex secondaires
●Reconstruction des tracesCouverture : |η|<2.5
●Mesure de l’impulsion des tracesChamp B solénoïdal de 2 T σ(1/pT)≈1.3%/pT +0.04%
Reconstruction de vertex secondaires
10
Les calorimètres électromagnétiques
Caractéristiques●Mesure de l’énergie des e/γ
Echantillonnage U/LAr 20.5 X0 à η=0
Couverture |η|<3.7Granularité
ΔΦ*Δη=0.1*0.1Résolution : σ(E)/E=0.4% + 0.2/√E +
0.2/E
●Mesure de l’énergie des e/γEchantillonnage Pb/LAr 24 X0 à η=0
Couverture |η|<3.2Granularité ΔΦ*Δη=0.025*0.025Résolution : σ(E)/E=0.7% + 0.1/√E + 0.3/E
11
Les calorimètres hadroniques
Caractéristiques●Mesure de l’énergie des hadrons
U, Cu/LAr 7 λ à η=0
Couverture |η|<4.5Granularité
ΔΦ*Δη=0.1*0.1Résolution :σ(E)/E=6% + 0.9/√E
●Mesure de l’énergie des hadronsFe/Tuiles scintillantes, Pb/LAr
10 λ à η=0
Couverture |η|<4.9 Granularité ΔΦ*Δη=0.1*0.1Résolution :σ(E)/E=3% + 0.5/√E
12
Les chambres à muons
Caractéristiques●ID et reconstruction des muons
Tubes à dériveCouverture|η|<2.0
Mesure de l’impulsion des muonsAimants torroidaux B=1.8 T σ(E)/E ~ 4% @ 20GeV/c
●ID et reconstruction des muonsTubes à dériveCouverture |η|<2.4
• Mesure de l’impulsionAimants torroidaux B=4 T σ(E)/E ~ 2% @ 20GeV/c
13
DØ : les détecteurs de pieds-de-gerbes
Description●2 détecteurs
CPS : |η|<1.2FPS : 1.5<|η|<2.5
●CaractéristiquesCouches scintillateurs +fibresRadiateur (Solénoïde ou Pb)
Objectifs●Discrimination e±/π±
π± : faible dépôt d’énergie (~ MIP)e± : dépôt d’énergie important
●Discrimination γ/π0
π0γγ : 2 gerbes EM proches
résolution ~ 1.5 mm●Maintien de la résolution en énergie
Compensation du solénoïde
±
e±
14
DØ : algorithme de reconstruction des électrons
Signature des électrons dans le détecteur●1 dépôt d’énergie dans le calorimètre EM●1 trace dans le trajectrographe●Critères de forme de la gerbe EM
Electron énergétique isolé•Reconstruction de l’amas
EM Algorithme de cône
•Association à une trace•Critères de qualité
Electron mou dans un jet •Electrons de bas pT
Algorithme basé sur les traces•Electron dans le jet
Recueillir l’énergie de l’électronEviter d’ajouter l’énergie du jet
15
DØ : algorithme de reconstruction des électrons *mous*
La méthode de la route●Reconstruction d’amas calorimétriques
Extrapolation des tracesSélection des cellules du calorimètreEventuellement ajout de cellules adjacentes
●Critères de qualitéFraction EM, ET/PT
Performances de la reconstruction●Reconstruction de vrais électrons
Isolés : ε ≈ 75%Dans les jets : ε ≈ 40%
●Reconstruction de π±, K±
(*) Thèse F. Beaudette, 2003
EM
CPS
trajectographe
HAD
16
DØ : algorithme de reconstruction des électrons mous
Ajout du CPS dans la méthode de la route●Recherche du cluster CPS
Estimation de la position de la particuleEstimation précise
●Résolution sur la position estimée
σΦ=1.6 mrad
σz =1.8 mm●Association cluster CPS – électron mou
Critère géométrique
Discrimination e±/π±
électron π±, K±
01022 .ΔΔηΔR
17
DØ : algorithme de reconstruction des électrons mous
Discrimination e±/π±
●PerformancesElectrons : ε ≈ 90 %π±, K± : ε ≈ 2-20 %
●ApplicationsIdentification de J/ΨDéclenchement sur des électrons mousEtiquetage des jets b semileptoniques
Résolution en énergie des électrons mous●Etalonnage en énergie
Corrections géométriques (pT, η)
Ajout de l’énergie déposée dans le CPS●Reconstruction de J/Ψ ee●Performances
-15% sur σE/E
σE/E Sans CPSAvec CPS
M(e+e-)Sans CPSAvec CPS
18
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruits
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesLe Modèle Standard et le quark topProduction des paires de quarks top et désintégrationSignatures comparées des quarks top au TeVatron et LHC Processus de fonds au signal
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØ
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLAS
V.V. Recherche du Higgs chargé dans les paires de top Recherche du Higgs chargé dans les paires de top àà ATLAS ATLAS
19
Le Modèle Standard et le quark top
Le Modèle Standard●Description des particules et des interations
Symétries de jauge●Interaction électro-faible :
Introduction d’un doublet de Higgs 1 état physique “boson de Higgs”
Le quark top●3e famille de quarks, partenaire du quark b●Observation directe en 1995 à Fermilab●Masse
mtop ≈ 170 GeV/c2
Couplage de Yukawa λtop=1
Permet d’explorer la physique à l’échelle EW●Désintégrations
~ 4.10-25s « 1/ΛQCD
Pas d’hadronisation Etude des propriétés d’un quark “nu”tWb à 100%
WWττμμeeZZννττννμμννee
ggbbssddγγttccuu
quar
ksle
pton
s
1ere 2eme 3eme
génération
bosons de jauges
20
Production de quarks top aux collisionneurs hadroniques
Production par interaction forte●TeVatron
σNLO (pptt) = 6.77±0.42 pbAnnihilation qq : 85%
●LHCLHC : σNLO (pptt) = 830±100 pbFusion gg : 90%
Production par interaction faible●TeVatron
σNLO (ppt) = 3.0±0.4 pb2 canaux : voies «s» et «t»
●LHCLHC : σNLO (ppt) = 310±45 pb3 canaux : voies «s», «t» et «W+t» Voie «s»Voie «t» Voie «W+t»
q
b
q’
t
t
tq
q’ b
W
WW
b
g
21
Désintégration des paires top-antitop dans le MS
Désintégrations tt (Wb)(Wb)●“Hadronique”
tt (jjb) (jjb)BR grand : 44%Bruits de fond multijets important
●“lepton+jets” l=e, μtt (lvb) (jjb)BR intermédiaire : 30%Bruits de fond réduits
●“Di-leptonique” l=e, μtt (lvb) (l’vb)BR faible : 5% Bruits de fond réduits
Lepton+jets
22
Désintégration des paires top-antitop dans le MS
Désintégrations tt (Wb)(Wb)●“Hadronique”
tt (jjb) (jjb)BR grand : 44%Bruits de fond multijets important
●“lepton+jets” l=e, μtt (lvb) (jjb)BR intermédiaire : 30%Bruits de fond réduits
●“Di-leptonique” l=e, μtt (lvb) (l’vb)BR faible : 5% Bruits de fond réduits
jetjet
b-jet
b-jet
l
l
v
Lepton+jets
23
Pourquoi mesurer σ(tt) ?
Tests de QCD●Production par interaction forte
Couplage aux gluonsCorrélations de spin
Tests du secteur électrofaible●Décroissance du top
Mesure de |Vtb|●Propriétés du W
Hélicité, décroissance●Mesure indirecte de mtop
σ(tt) dépend de mtop
Recherche de nouvelle physique●Nouveaux diagrammes de production
Bosons supplémentaires, états liés●Désintégrations exotiques
H± léger, stop, …
Bruit de fond à d’autres analyses●Higgs, single top, SUSY, ...
24
Signature des événements ttl+jets (l=e, μ)
Signature recherchée
•1 lepton isolé, énergétique & central
25
Signature des événements ttl+jets (l=e, μ)
Signature recherchée
•1 lepton isolé, énergétique & central
•ET importante
26
Signature des événements ttl+jets (l=e, μ)
Signature recherchée
•1 lepton isolé, énergétique & central
•ET importante
•2 jets b, grand pT & centraux
27
Signature des événements ttl+jets (l=e, μ)
Signature recherchée
•1 lepton isolé, énergétique & central
•ET importante
•2 jets b, grand pT & centraux
•2 jets, grand pT & centraux
28
Signature des événements ttl+jets (l=e, μ)
Signature recherchée
•1 lepton isolé, énergétique & central
•ET importante
•2 jets b, grand pT & centraux
•2 jets, grand pT & centraux
•Jets supplémentairesJets grand ηJets énergétiques
pT>15 GeV/c
29
σ
Bruits de fond aux événements ttl+jets (l=e, μ)
Bruits de fond●Processus avec quark top
tt (lvb) (l’vb)Single top : σ ~ O(1pb)
●Processus avec bosons W, ZW+jets : σ ~ O(100 pb)Z+jets :σ ~ O(10 pb)WW,WZ,ZZ : σ ~ O(10 pb)
●Processus multi-jetsMulti-jets : σ ~ O(mb)Multi-jets bb : σ ~ O(μb)Fonds car :
- Grande section efficace- Mauvaise identification
barn
mb
μb
nb
pb
fb
30
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruits
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniques
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØStratégie de l’analyseSélection des paires de quarks top
Etiquetage des jets beaux avec des leptonsEvaluation des fonds Extraction de la section efficaceRésultats
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLAS
V.V. Recherche du Higgs chargé dans les paires de top Recherche du Higgs chargé dans les paires de top àà ATLAS ATLAS
31
Stratégie d’analyse
Expérience de comptage
AnalyseSélection des événements
Canaux e+jets, μ+jets
Détermination des niveaux de bruits de fondA partir des données réellesA partir de la simulation
Extraction de la section efficaceRéalisation d’une expérience statistique Prise en compte des fluctuations statistiques
dtLA .
NN(tt)
fondsdonnées
32
Sélection des événements tt
Sélection selon la signature “W+jets”●Conditions
Identique analyses “l+jets”Orthogonale aux analyses “dilepton”
Étiquetage des événements●Purifier le lot en saveurs lourdes
Séparer le signal des fonds
Critères de qualitéPV, lepton isolé, ET, jets
Critères cinématiquepT
l>20 GeV/c, |ηe|<1.1, |ημ|<2.0
ET>20 GeV
≥ 3 jets ET jet >40, 20 GeV, |ηjet|<2.5
Etiquetage des jets≥ 1 jet étiqueté b
A
33
Etiquetage des jets b avec des muons
Principe●Critère d’association simple
≥1 μ dans un jet (ΔR<0.5)●Efficace pour la recherche de tt
≥1 jet semileptonique dans 40% des ttl+jets
Performances●Par jet
ε(b μX) ~ 45%ε(jet hadronique) ~ 0.5%
●Par événementε(tt) ~ 17%ε(Wbb) ~ 14%ε(Wcc) ~ 7%ε(Wjj) ~ 1%
εε((bbtag) vs ptag) vs pTTjetjet
L’étiquetage des jets b avec μ est un outil efficace pour la recherche des signaux tt.
34
Etiquetage des jets b avec des électrons mous avec CPS
Difficulté essentielle●Reconstruire et identifier un électron dans un jet
Principe●Rechercher un électron mou dans un jet
≥1 e dans un jet (ΔR<0.5)●Association électron mou-CPS
Performances●Par jet
ε(beX) ~ 45% (μ : 45%)ε(jet hadronique) ~ 3% (μ : 0.5%)
●Par événementε(tt) ~ 25% (μ : 17%)ε(Wjj) ~ 5% (μ : 1%)
εε((bbtag) vs ptag) vs pTTjetjet
Pureté en jets b x10 avec le CPSPerfomances d’étiquetage comparables à celles obtenues avec des muons
35
Evaluation des fonds multi-jets
Problématique●σ(multi-jets)/σ(tt) ~ 107
●Reconstruction de jets comme leptons isolésMauvaise reconstruction & identificationJets semileptoniques Processus lourds à simuler
Utilisation des données
Méthode●Choix de variables discriminantes vrais/faux leptons
Qualité du lepton : “ loose” ou “tight”e : vraisemblance (forme, E/p, …) : isolation (énergétique et trace)
●Performance des coupures sur ces variablesVrai lepton (tt+Wjets simulés) εvrai lepton ~ 85%
Faux lepton (données enrichies en QCD) εfaux lepton ~ 15%●Méthode de la matrice
leptonfauxleptonfauxleptonvraileptonvraitight
leptonfauxleptonvrailoose
NNN
NNN
εε
leptonfauxleptonvrai
tightlooseleptonvrai
leptonfauxjets-multi
NNN
εε
εε
36
Evaluation des fonds W+jets
Contexte●Générer proprement les jets supplémentaires
+ Cinématique correctement décrite+ Séparation selon les saveurs/nombre de jets- Section efficace LO
Normalisation à partir des données
Méthode●Sélection
Méthode de la matrice nombre d’événements avec vrai lepton : Nvrai lepton
Soustraction des autres contributions avec vrai lepton
●Etiquetage des événementsUtilisation de la simulation
leptonvraiavecfonds
ttleptonvraijetsW N)tσ(tNNN
37
Evaluation des fonds Z+jets
Problématique●Etat final recherché à 2 ●Générer proprement les jets supplémentaires
+ Forme des distributions correctement décrites+ Séparation selon le nombre de jets- Section efficace LO
Normalisation à partir des données
Méthode●Simulation du déclenchement●Normalisation avec M()
Calcul du nombre d’événements Z( )+jetsFacteur correctif KZ ~ 1.1
●Etiquetage des événementsUtilisation de la simulationEffet dominant : superpositions -jet
MCZ
donnéesZZ NN /
Z
q
M(M() après sélection) après sélection
38
Distributions cinématiques
39
Calcul de σ(tt)
Problématique●Combinaison de 8 analyses
4 canaux exclusifs : électron (3 et ≥4 jets) muon (3 et ≥4 jets)2 lots de données orthogonaux : loose-tight, tight
●Evaluation du niveau de certains fonds sur les donnéesPour chaque analyse :
Maximisation d’une fonction de vraisemblance●Description
Trouver σ(tt) tel que N soit le plus proche possible de Nobs
Autoriser les fluctuations statistiques du nombre d’événements autour de la valeur observée (loi de Poisson)
topsingleVVjetsZ
ttjetslttll'tt
ttleptonvrai
jetsW
leptonvraijetsmulti
NNN
)(σ)N(N
)σ ,(NN
)(NNN
canaux4
tight-loosetight
ttobs N,NP L
40
Incertitudes systématiques
Méthode statistique●Distribution gaussienne incluse dans L
●Toutes les sources peuvent varier simultanémentPrise en compte des corrélationsCombinaison des incertitudes statistiques et systématiques
●Systématiques sur σ(tt)Taux de mauvais étiquetage : 12%Evaluation des fonds multijets: 5%Etalonnage des jets : 4%Statistique générée : 4%Evaluation des fonds W+jets : 3%Identification dans les jets : 3%Identification du lepton isolé : 3%Evaluation des fonds Z+jets : 1%Déclenchement : 1%
canaux
xx4
tight-loosetight
ttobs ),(,N,NP )( GL
41
Résultats combinés et comparaisons aux autres mesures
425 pb425 pb-1-1
pb (lumi) 0.4 syst) (stat 7.3 )tσ(t .02-1.8
42
Conclusion
425 pb425 pb-1-1
pb (lumi) 0.4 syst) (stat 7.3 )tσ(t .02-1.8
Mesure de σ(tt)●Nécessite un bon contrôle des
fonds●Méthode de vraisemblance pour
calculer σ(tt)●Bon accord avec la théorie et
autres mesures●Limité par la statistique●Approuvé par la collaboration●Comparaison avec CDF (760 pb-1)
σ(tt)=7.8±2.0 (stat+syst) ±0.5 (lumi) pb
Perspectives●Canal l+jets, étiquetage par
électronSensibilité statistique estimée comparable à l’analyse muon
43
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruits
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniques
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØ
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLASStratégie de l’analyseSélection des paires de quarks top
Discriminant topologiqueExtraction de la section efficaceEstimation des erreurs systématiques
V.V. Recherche du Higgs chargé dans les paires de top Recherche du Higgs chargé dans les paires de top àà ATLAS ATLAS
44
Stratégie : de DØ à ATLAS
Rapport S/B plus favorable●σ(tt)*100, σ(W+jets)*10
10 M de paires tt par an Etudes de détecteur à partir d’événements ttCritères de sélection plus sévères qu’à DØ
●Mesures de précisionErreurs systématiques rapidement dominantes
Limiter l’effet des incertitudes systématiques●Réduction et contrôle des fonds
Multijets & W+jets
●Calibration des jetsPréférer des variables topologiques
●Etiquetage des jets
45
Sélection des événements ttl+jets
Critères de sélection●W leptonique
= 1 lepton (e, μ) pT>20 GeV/c, |η|<2.5
ET > 40 GeV (DØ : 20 GeV)
●≥ 2 jets légerspT > 40 GeV/c , |η|<2.5 (DØ : 20 GeV/c)
●≥ 1 jet étiqueté bEtiquetage : SV+IPε(b)=60%, ε(jet léger)=1%pT > 40 GeV/c , |η|<2.5 (DØ : 20 GeV/c)
●W hadroniquemjj=mW±30 GeV/c2
●Discriminant topologique multivarié
46
Discriminant topologique multivarié
Principe●2 hypothèses
Signal : ttBruit de fond : W+jets & single top
●Combinaison de variablesFonction de vraisemblance
Variables traitées de façon décorrélée
Variables utilisées●Combinaison de 8 variables topologiques :
Angles Rapports d’énergies Variables globales (aplanarité, …)
)x(bruits)x(signal
)x(signal
PP
P
i
ii )(x)x( PP
47
Discriminant topologique multivarié
Principe●2 hypothèses
Signal : ttBruit de fond : W+jets & single top
●Combinaison de variablesFonction de vraisemblance
Variables traitées décorellées
Variables utilisées●Combinaison de 8 variables topologiques :
Angles Rapports d’énergies Variables globales (aplanarité, …)
)x(bruits)x(signal
)x(signal
PP
P
i
ii )(x)x( PP
48
Performances attendues et extraction de la section efficace
Performances de la sélection●Rapports S/B
=1 jet b : S/B ~ 6 (DØ : S/B~2)=2 jets b : S/B ~ 20
Extraction de la section efficace●Comptage des événements
16 canaux exclusifs : e ou μ, N(jets), N(jets b)●Combinaison des canaux
Maximisation d’une fonction de vraisemblance
100 pb -1
e+jets
100 pb -1
e+jets
canaux16
ttobs NNP L
49
Incertitudes systématiques
Systématiques●Incertitudes théoriques
Sections efficaces des fondsW+jets : Δσ/σ = 20%Z+jets : Δσ/σ = 5%Single top : Δσ/σ = 5%
Δmtop = 2 GeV/c2
●Incertitudes expérimentalesEtalonnage des jets : 2% (jets légers), 3% (jets étiquetés)
Radiations ISR/FSR : αs connu à 10%
Etiquetage des jets : 3% (jets b), 10% (jets légers)
●Incertitudes sur la mesure de la luminositéΔL/L=5%
2% (tous jets) @ 10fb-1
αs connu à 5% @ 10fb-1
2% (jets b), 5% (jets légers) @ 10fb-1
1 GeV/c2 @ 10fb-1
ΔL/L=3% @ 10fb-1
50
Résultats et conclusion
Mesure de σ(tt), canal l+jets (l=e, µ), étiquetage des jets b●De DØ à ATLAS
Evolution favorable des sections efficaces Pureté en événements tt plus grande
Durcissement de la sélectionTrois niveaux de sélection des événements tt
Variables cinématiques et multiplicitéReconstruction explicite des bosons WDiscriminant topologique
●Extraction de σ(tt)Maximisation de vraisemblance, inspirée de DØ
●Sensibilitépour 100 pb-1 :
pour 10 fb-1 :
Sensibilité à la nouvelle physique ?
pb (lumi) 3.5% (syst) 3.3% (stat) 0.2% σσ
pb (lumi) 6.1% (syst) 4.6% (stat) 2% σσ
51
Sommaire
I.I. Des collisions aux objets reconstruitsDes collisions aux objets reconstruits
II.II. Phénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniquesPhénoménologie des quarks top aux collisionneurs hadroniques
III.III. Mesure de section efficace de paires de quarks top à DØMesure de section efficace de paires de quarks top à DØ
IV.IV. Préparation à la mesure dans ATLASPréparation à la mesure dans ATLAS
V.V. Recherche du Higgs chargRecherche du Higgs chargéé dans les paires de top dans les paires de top àà ATLAS ATLASLes modèles à deux doublets de Higgs Phénoménologie des paires de quarks top Potentiel de découverte
52
Les modèles à deux doublets de Higgs
Pourquoi ces modèles ?●Extension minimale du MS
Nombre de doublets de Higgs non contraint●Rencontrés en SUSY
Le secteur de Higgs●Introduction d’un 2nd doublet
5 états physiques : 3 Higgs neutres + 2 chargésMasses et couplages prédits2 paramètres libres : mH± et tan β=v1/v2
●Contraintes actuelles sur mH± et tan β
0.5 < tan β < 70mH±> 80 GeV/c2
53
Les modèles à deux doublets de Higgs
Désintégration des H±
●3 Canaux (mH±<mtop)
H± ν (tan β>2)
H± cs (tan β<2 & mH±<140 GeV/c2)
H± t*b (tan β<2 & mH±> 140 GeV/c2)
Désintégration des quarks top● 2 canaux
t H±b (tan β<2 et >20)t W±b (région intermédiaire tan β ≈ 7)
Modification de la signature du quark topRecherche directe (mτν & mjj)
Déviations dans les section efficaces
Un doublet de Higgs supplémentaire modifie la phénoménologie des quarks top
Br(tH±b)
mH±
54
σ (tte+jets) (pb)
Phénoménologie des événements tt
Signature des événements tt●Grand tan β
t H±b, H± τνCanal favorisé : tt τ+jets
●Faible tan β & H± légert H±b, H± csCanal favorisé : tt jets
●Faible tan β & H± lourdt H±b, H± t*bCanal favorisé : tt (W±bbb) (W±b) Mais 2 quarks b ont pT
b<10 GeV/c
●Région intermédiaire tan β ≈ 7t W±bIdentiques à ceux du MS
Section efficaces ttl+jets●Varie de 20 pb à la valeur du MS
L’observation de déviations par rapport à σ(tt) MS peut conduire à la détermination de tan β & mH±
H±c,
s,
55
Section efficace mesurée
Efficacité de sélection● tt (W±b) (W±b)
ε = 10 %●tt (H±b) (W±b)
ε = 1 - 6 %
Efficacité du discriminant topologique●tt (W±b) (W±b)
ε = 83 %●tt (H±b) (W±b)
ε =50 %Identique à W+jets & single top
σ(tt) mesurée De 250 to 800 pb (valeur sans H±)
Un doublet de Higgs supplémentaire modifie de façon visible la section efficace mesurée
σ(tt) (pb)
εtt (H±b) (W±b)
56
Potentiel de découvertes
Exclu
5σ @ 100 pb -1
5σ @ 10 fb -1
Sensibilité statistique
Exclu
5σ @ 10 fb -1
Sensibilité systématique
hors luminosité & incertitudes théoriques sur σ(tt)
La mesure de σ(tt) permet d’explorer tout le domaine de l’espace des paramètres (mH±<160 GeV/c2)
Les incertitudes systématiques réduisent ce potentiel de découverte
57
Conclusion générale
Contexte●Tests du Modèle Standard
Détermination précise d'une observable dans le secteur du quark top σ(tt)Recherche de signes de nouvelle physique
●Travail dans deux environnementsConnaissances et savoir-faire liés à l'analyse de données réelles à DØTransposition dans l’expérience ATLAS
M(e+e-)Sans CPSAvec CPS
425 pb425 pb-1-1
5σ @ 100 pb -1
5σ @ 10 fb -1100 pb-1
e+jets