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29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF 20061 Reconstruction des paires (t t) et masse du quark top Anne-Isabelle ETIENVRE, Jean-Pierre MEYER, Jérôme SCHWINDLING.

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1 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction des paires (t t) et masse du quark top Anne-Isabelle ETIENVRE, Jean-Pierre MEYER, Jérôme SCHWINDLING DAPNIA-Saclay

2 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Les observables électrofaibles dépendent fortement de la valeur de la masse du top (via les corrections radiatives) Haute précision sur m t requise pour: des tests de précision du Modèle Standard contraintes sur la masse du boson de Higgs au sein du Modèle Standard grande sensibilité à la physique au-delà du Modèle Standard Actuellement (Tevatron) : m t = ± 2.7 GeV/c 2 m H < 186 GeV/c 2 (95% C.L.) Quapporterait m t ~ 1 GeV/c 2 ? Si m W = 15 MeV/c 2, m top = 175 GeV/c 2 et pour les valeurs actuelles de ( m H /m H 32%) ( m H /m H 32%) ( m H /m H 25%) Si m W = 15 MeV/c 2 et ( m H /m H 25%) Une mesure précise de la masse du quark top : motivations

3 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Statistiques LHC Prise de donnéesLuminosité (cm -2 s -1 ) Luminosité intégrée (fb -1 ) Nombre dévénements inclusifs t t Démarrage (été 2007) jours : Basse luminosité (2008) jours : Haute luminosité (2010) jours :

4 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Plan Le canal lepton + jets Reconstruction du côté hadronique principe mesure de la masse comparaison des générateurs calibration des jets légers estimation des erreurs systématiques Reconstruction du côté leptonique Pour plus de détails: ATL-COM Etudes utilisant des événements « de Rome » (tt non inclusif) Analyses basées sur les AOD

5 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Le canal (lepton + jets) : caractéristiques 2.5 basse luminosité Principaux bruits de fond Sélection des événements Processus (pb) Signal 250 bb l + jets W + jets l + jets Z + jets l + l - + jets WW l + jets 17.1 WZ l + jets 3.4 ZZ l + l - + jets 9.2 Avant toute coupure, S/B Sélection du lepton 1 lepton reconstruit (e, µ) isolé, P T (lepton) > 20 GeV/c, | | < 2.5 E T miss > 20 GeV Précalibration de lénergie des jets (à mieux que 1 %) Sélection des jets 2 jets b, P T > 40 GeV/c, | | < light-jets, P T > 40 GeV/c, | | < 2.5 Après sélection, S/B 30

6 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Masse invariante m jj pour les événements avec seulement 2 jets légers: Choix de la paire de jets légers et étalonnage en énergie: 2 basé sur M(W) : Minimisation du 2 choix de la paire de jets légers (j 1, j 2 ) et détermination des facteurs de calibration ( 1, 2 ) Reconstruction du W hadronique, gardé comme candidat si | M(W) – 80.4 | 2 W = 79.6 ± 0.4 GeV/c 2 jj = 8.8 ± 0.5 GeV/c 2 Sélection des candidats W hadroniques dans une fenêtre en masse de ± 5 jj autour de

7 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Mesure de la masse: association W – b : jet b donnant le top de plus grand P T Reconstruction de la masse du quark top résultant : Pour une masse du top générée = 175 GeV/c 2 : M(top) = ± 0.6 GeV/c 2 top = 11.9 ± 0.7 GeV/c 2 Erreur statistique pour 10 fb -1 : 0.05 GeV/c 2 ATLAS and full sim.) Mauvais b Mauvais W Caveat : contamination attendue due à des événements tt jjb jjb

8 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Performances Efficacité (%) (/ événements semileptoniques Pureté W (%)Pureté b(%)Pureté top (%) Fenêtre complète 2.70 ± ± ± ± 0.9 ± 3 (M top ) 1.82 ± ± ± ± fb -1 Bonne linéarité de la méthode Masse reconstruite Masse générée

9 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Contribution négligeable du bruit de fond dominant (W + jets) à la mesure de la masse: W + 4 jets Signal seul : M(top) = ± 0.6 GeV/c 2 = 11.9 ± 0.7 GeV/c 2 Signal + bdf: M(top) = ± 0.6 GeV/c 2 = 12.1 ± 0.7 GeV/c 2

10 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Comparaison des générateurs: % TopRex (CBNT) Multiplicité des jetsP T (jet de plus haut P T ) (GeV/c) P T (lepton) (GeV/c) (CBNT) : M(top) = ± 0.6 GeV/c2 (top) = 12.8 ± 0.7 GeV/c2 TopReX (CBNT): M(top) = ± 0.6 GeV/c2 (top) = 12.4 ± 0.7 GeV/c2

11 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Compréhension de la calibration des jets légers (Méthode développée pour Z ee) Génération de « templates » m jj à partir de W qq PYTHIA avec ensembles de (échelle dénergie, résolution ) 2 (template – données) minimum Fit simultané de et Résultats avec données = 100 fb -1 PYTHIA – global à 0.6 % avec 500 pb -1 – en fonction de E (bins 20 GeV) –permet aussi de retrouver la résolution en fonction de E ( reconstruit = injecté) Résultats avec données = Rome (500 pb -1 ) – attendu ~ 0.96 – 0.97 – fitté = ± – trop grand à comprendre injecté reconstruit 3 templates (parmi quelques milliers) Qualité du fit de (en fonction de lénergie) E jet / E quark Echelle dénergie attendue 1%

12 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté hadronique Erreurs systématiques Source derreur M top (GeV/c 2 ) Echelle dénergie des jets légers (1 %)0.2 Echelle dénergie des jets b (1 %)0.7 Fragmentation des quarks b0.1 ISR0.1 FSR1. Bdf combinatoire0.1 Total1.3 Erreur statistique0.05 Fragmentation des quarks b : erreur estimée en changeant le paramètre de Peterson ( ) à lintérieur de son incertitude (0.0025) ISR, FSR : erreur estimée comme 20% de |mt(ISR,FSR - on) - mt(ISR,FSR - off) | Chiffres datant du TDR (simulation rapide)

13 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté leptonique Idée : utiliser pleinement le côté leptonique (réduction de la combinatoire,…) Reconstruction du neutrino: p T ( ): hypothèse : E T miss = p T ( ) approximation : désintégrations leptoniques (b,c) non prises en compte + problèmes dans la reconstruction de E T miss dans les événements de Rome p z ( ) : M(W) = 80.4 = M(l Résolution dune équation du second degré en pz( ) 33 % des cas : pas de solution sinon, 2 valeurs de pz( ) P x miss,reco – p x (MC neutrino) p x = 0.15 ± 0.05 = ± 0.05

14 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Reconstruction du côté leptonique Reconstruction des masses des 2 quarks top: Pour chaque paire (jet b 1, jet b 2), calcul de m = m top (hadronique) – m top (leptonique) associations (W,b) des 2 côtés: celles qui minimisent m Pureté du b : 63.5 % côté hadronique, 65.2 % côté leptonique gain faible / utilisation du côté hadronique seul mais améliorations possibles (fit cinématique, E T miss mieux comprise,…) Pour une masse du top générée = 175 GeV/c 2 : M(top) = ± 0.6 GeV/c 2 (top) = 14.6 ± 0.7 GeV/c 2

15 29/03/2006A.-I. Etienvre, PAF Conclusion et perspectives Mesure de la masse du top dans le canal lepton + jets : erreur statistique négligeable, très rapidement une précision de 1 GeV/c 2 sera atteinte au LHC compréhension de certaines erreurs systématiques (FSR) à parfaire exploitation du côté leptonique à développer Autres canaux de mesure : di-leptons : mesure indirecte, faible statistique, mais canal très pur hadronique : bruit de fond QCD important sensibilité distincte aux différentes sources derreurs systématiques Il sera utile et fiable de croiser les différentes méthodes


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