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Etude dun canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur collisioneur LHC Alexandre Mollet.

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1 Etude dun canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur collisioneur LHC Alexandre Mollet

2 Présentation Le contexte –Le LHC –Lexpérience CMS (Compact Muon Solenoid) –Pourquoi la super-symétrie (SUSY)? –Notre canal de désintégration Les simulations –La reconstruction –Les graphiques de masse invariante –Paramètres de la reconstruction Perspectives de travail

3 Le LHC Un accélérateur sur la fontière Franco-suisse! Quelques Chiffres: –Energie dans le centre de masse de 7 TeV + 7 TeV –Circonférence de 26 km 650 ! – particules par paquet –2808 paquets! –Fréquence de croisements: 40 MHz –10 9 collisions p-p par secondes CMS Atlas Alice LHC-b

4 Lexpérience CMS Une des 2 plus grandes expériences du futur LHC (4 en tout) dédiées à la découverte du boson de Higgs Ses mensurations: –16 millions de voie individuelle de détection –Longeur = 21.6 mRayon externe = 7.5 m Poids = Tonnes –2000 scientifiques et 160 instituts Composition du détecteur: –Un trajectographe –Un calorimètre électromagnétique –Un calorimètre hadronique –Un aimant –Un système de mesures des muons Longueur : 20 m Hauteur : 15 m Poids : t Canaux électroniques : 10 8 Coût : 500 MCHF (325 M) Tracker Silicium Pixel + Strips ECAL Cristal scintillant (PbWO 4 ) HCAL Cu+scintallateur Chambre à muons Solenoïde B = 4 T

5 Pourquoi la SUper SYmétrie? Le boson de Higgs: –La théorie du Modèle Standard nécessite son introduction pour conférer la masse aux particules –Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir entr 80 Gev et 1 Tev La SUper SYmétrie: –MS à basse énergie! –Existence de partenaires super symétriques pour chaque particule: particule p de spin s superpartenaire de spin s-1/2 –Extension minimale du SM est le MSSM Motivations

6 Pourquoi la SUper SYmétrie? Le boson de Higgs: –La théorie du Modèle Standard nécessite son introduction pour conférer la masse aux particules –Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir entr 80 Gev et 1 Tev La SUper SYmétrie: –Existence de partenaires super symétriques pour chaque particule avec spin ½ –Extension minimale du SM est le MSSM

7 Présentation MSUGRA –Hypothèse de Modèle à Grande Unification: –Unification de la masse des Gauginos –Unification de la masse des scalaires –Unification de la constante de couplage trilinéaire Point SUSY retenu – m 1/2 = 360 GeV – m 0 = 230 GeV – A 0 = 0 – tan b = 10 – sign(µ) >0.

8 Notre canal de désintégration Voici notre la canal de désintégration que je vais étudier: h b b Ses caractéristiques: - Le neutralino est 1 est stable et interagit très peu. De plus, il est très massif. grande énergie manquante. - Désintégration en jet de b. Donc, possibilité de calculer la masse invariante du Higgs en ayant E et p des jets de b reconstruits.

9 Notre canal de désintégration Résumé: Rapport de branchement Signature : h0h0 LSP MET b B tagging 20 % dévènements interessants

10 Les évènements Création des évènements: Ntuple signal Ntuple minbias OSCAR 3 HEPEVT Ntuple ORCA 8 POOL SimHits/minbias POOL SimHits/signal POOL Digis DST OSCAR SimReaderRecReader MC generator CMKIN Production User 1)digitization data summary tape ROOT Tree RecReader 3)analysis2 )reconstruction NEW Pool Of persistent Objects for LHC

11 La reconstruction ORCA: –Digitalise la réponse électronique du détecteur –Et reconstruit de lévènement: … –En sortie, nous avons comme les informations sur: Les évènements simulés Les évènements reconstruits

12 La reconstruction La reconstruction des jets: –Outpout ORCA: Fichiers ROOT –Pour obtenir ces fichiers ROOT : –Choix dun algorithme de reconstruction: taille de cones, énergie déposée dans le calorimètre Le b-tagging: –Une fois un jet reconstruit, il faut voir si ce jet provient dun b ou pas! Problème defficacité du b-tagging

13 Type de résultats attendus La masse invariante du Higgs: __ MC _ _ Rec - Reconstruction « Standard »: - Sans calibration -IC (Iterative Counter) -Cone de 0.5

14 Type de résultats attendus Les écarts en énergie et impulsion: - Reconstruction « Standard »: - Sans calibration -IC (Iterative Counter) -Cone de 0.5

15 Bruit de fond 3 types de BF jouent ici: 1)SUSY: sb b ; t W b ; Z 0 b b 2)Combinatoire: Si on a 4 jets 6 M inv 3)SM: t W b ; Z 0 b b (négligeable)

16 Premiers résultats Résumé sous forme de tableau: Regardons ce qui se passe quand ces paramètres varient

17 Premiers résultats Ajoutons la correction en énergie Recentrage du pic

18 Type de résultats attendus Les écarts en énergie et impulsion: - Reconstruction « Standard »: - Avec calibration -IC (Iterative Counter) -Cone de 0.5

19 Premiers résultats Résumé sous forme de tableau: Amélioration certaine de la calibration Léger décalage vers la droite Affinement du pic

20 Premiers résultats Changeons la taille du cône Trop grand décalage car correction inadéquate Cone de 0,7

21 Premiers résultats Changeons lalgorithme de reconstruction: Correction inadaptée

22 Premiers résultats Tableau Récapitulatif: Espace des phases gigantesques Mais voici le vrai problème à résoudre…

23 Premiers résultats Masse invariante suite à la recombinaison des jets: Toutes les paires de jets ! Nécessité doptimiser la reconstruction des jets

24 Type de résultats attendus Les écarts en énergie et impulsion: Grands écarts dénergie

25 b-tagging Une des sources derreur dans la reconstruction est: -le tagging des jets b en jets de b -le tagging des autres jets en jets de b 57% !!! Sans jouer sur le « b_tagging » Nécessité doptimiser le b tagging

26 Perspectives de travail Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo –Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est bonne ou pas –Justification plus théorique –Faire un fit de mon pic, améliorer la qualité du pic et enfin calculer la significance

27 Perspectives de travail Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo –Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est bonne ou pas –Justification plus théorique –Faire un fit de mon pic, améliorer la qualité du pic et enfin calculer la significance

28 Un vrai puzzle…


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