Efficacité de sélection du vertex primaire DESCHAMPS Joran DELAVIE Mélissa Jeudi 17 juillet 2008

Comparaison ATLAS/CMS (sur les vertex du canal  ATLAS: - pointing et traces (de conversions) permettant d’approximer un z (dit pondéré) - sélection du vertex par Pt² et proximité au z pondéré CMS: - pas de pointing, mais traces - sélection par maximum de Pt du vertex

Sélection des données ATLAS: Trigger (trois niveaux) Coupures d’identifications Coupures d’isolations Coupures d’analyses

Exemple de désintégration gamma-gamma du Higgs

Pour un photon: S’il n’y a pas de conversion: - Le pointing du calorimètre permet d’obtenir le z du vertex avec une erreur d’environ 20mm. S’il y a conversion: - Le détecteur interne permet de savoir de façon très précise la position en z du vertex

Z pondéré Pour chaque photon issu du Higgs on a donc un z et un σ(z). La collision a lieu au point z=0 avec une erreur σ de 56mm. On calcule alors un z pondéré correspondant au vertex de la dissociation du Higgs.

Tool

Likelihood Combinaison de deux informations : le Pt² et la proximité au z pondéré issu du pointing (et/ou des traces si conversions) (z calo ou z trace si il y a conversion)

La sélection du vertex d’ATLAS repose sur une condition de plus que celle de CMS, ATLAS doit donc logiquement être plus précis dans son choix du vertex du Higgs.

Si l’on considère une luminosité de , CMS présente sur le canal gamma- gamma une inefficacité, sur les z des vertex à moins de 5mm du z vrai, de 19%.

Mesures Actuelles Sélection par likelihood Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,20% σ ( ε 05 )=0,06% ε 01 = 0,80% σ ( ε 01 )=0,10% Pileup 1 ε 15 = 9,0% σ ( ε 15 )=0,50% ε 11 = 10,7% σ ( ε 11 )=0,54% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 13,5% σ ( ε 25 )=0,53% ε 21 = 15,7% σ ( ε 21 )=0,57%

CMS / ATLAS Luminosité de Inefficacité CMS19% ATLAS14% CMS sélectionne le Pt le plus élevé. ATLAS sélectionne le likelihood le plus important.

Partie Pt² du likelihood Likelihood=Likelihood(Pt²) Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,24% σ ( ε 05 )=0,07% ε 01 = 0,59% σ ( ε 01 )=0,11% Pileup 1 ε 15 = 18,6% σ ( ε 15 )=0,68% ε 11 = 19,9% σ ( ε 11 )=0,70% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 28,0% σ ( ε 25 )=0,70% ε 21 = 29,5% σ ( ε 21 )=0,72%

D’où peut provenir cette trop grande inefficacité? Il nous a fallu vérifier si la construction de la partie Pt² du likelihood n’était pas à revoir, car issue d’une ancienne version d’Athena.

Sélection par maximum de Pt² Sélection par maximum Pt² Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,24% σ ( ε 05 )=0,07% ε 01 = 0,55% σ ( ε 01 )=0,11% Pileup 1 ε 15 = 18,4% σ ( ε 15 )=0,68% ε 11 = 19,5% σ ( ε 11 )=0,69% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 28,0% σ ( ε 25 )=0,70% ε 21 = 29,2% σ ( ε 21 )=0,71%

Comparaison <5mm du z vrai Sélection par Pt² maximum Sans Pileup ε 05 = 0,24% σ ( ε 05 )=0,07% Pileup 1 ε 15 = 18,4% σ ( ε 15 )=0,68% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 28,0% σ ( ε 25 )=0,70% Sélection par likelihood(Pt²) ε 05 = 0,24% σ ( ε 05 )=0,07% ε 15 = 18,6% σ ( ε 15 )=0,68% ε 25 = 28,0% σ ( ε 25 )=0,70%

Partie calorimètre du likelihood Likelihood=Likelihood(calo) Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,97% σ ( ε 05 )=0,15% ε 01 = 4,72% σ ( ε 01 )=0,31% Pileup 1 ε 15 = 17,3% σ ( ε 15 )=0,66% ε 11 = 24,7% σ ( ε 11 )=0,76% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 25,9% σ ( ε 25 )=0,69% ε 21 = 34,2% σ ( ε 21 )=0,74%

Nombre de traces par vertex reconstruit. On voit que l’on prend en compte beaucoup de vertex à une trace.

Partie calorimètre du likelihood avec un minimum de 2 traces Likelihood=Likelihood(calo) Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,35% σ ( ε 05 )=0,09% ε 01 =3,27% σ ( ε 01 )=0,26% Pileup 1 ε 15 = 16,6% σ ( ε 15 )=0,65% ε 11 = 22,0% σ ( ε 11 )=0,72% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 24,9% σ ( ε 25 )=0,68% ε 21 = 31,3% σ ( ε 21 )=0,73%

Résultats avec un minimum de 2 traces Likelihood, nombre de traces minimum: 2 Avec trigger et isolation Inefficacité=ε erreur=σ <5mm du z vrai <1mm du z vrai Sans Pileup ε 05 = 0,22% σ ( ε 05 )=0,07% ε 01 = 0,77% σ ( ε 01 )=0,13% Pileup 1 ε 15 = 9,0% σ ( ε 15 )=0,50% ε 11 = 10,6% σ ( ε 11 )=0,54% Pileup 2 (nombre d’événements max =10000) ε 25 = 13,4% σ ( ε 25 )=0,53% ε 21 = 15,6% σ ( ε 21 )=0,57%

Répartition des événements selon le nombre de vertex 2*10 33

Détermination du vertex du Higgs en fonction des conversions des photons issus de la désintégration Le manque d’efficacité dans le choix du vertex du Higgs peut aussi être dû à un manque de précision dans le z pondéré que l’on a à l’entrée du tool. Or, celui-ci dépend du résultat du pointing et des traces des produits de l’éventuelle conversion des photons.

Higgs_Cat==100: pas de conversion: on n’a pas de trace, seulement les gerbes des deux photons dans le calorimètre. On détermine alors le z pondéré uniquement avec le pointing. Higgs_Cat==200: un des deux photons s’est converti (deux possibilités: flag 1 ou flag 2). On détermine alors le z pondéré en combinant le pointing du photon restant avec la ou les traces des produits de la conversion du photon. Higgs_Cat==400: les deux photons se sont convertis. On devrait être très précis dans ce cas étant donné qu’on a les traces dans le détecteur interne.

Higgs_Cat == 100 (pas de conversion) Higgs_Cat == 200 ou == 400 (au moins une conversion) Higgs_Cat == 200 (exactement une conversion) Higgs_Cat == 400 (deux conversions) <5mm Ineff: 0,28% Erreur: 0,08% Ineff: 0% Erreur: 0% Ineff: 0% Erreur: 0% Ineff: 0% Erreur: 0% <1mm Ineff: 0,61% Erreur: 0,13% Ineff: 1,7% Erreur: 0,42% Ineff: 1,4% Erreur: 0,40% Ineff: 3,1% Erreur: 2,2% Sans pile-up ATLAS (Trigger + isolation)

Pile-up 1 ATLAS (Trigger + isolation) Higgs_Cat == 100 Higgs_Cat == 200 ou ==400 Higgs_Cat == 200 Higgs_Cat == 400 <5mm Ineff: 9% Erreur: 0,70% Ineff: 5,9% Erreur: 1,1% Ineff: 6,1% Erreur: 1,2% Ineff: 3,1% Erreur: 3,1% <1mm Ineff: 10,2% Erreur: 0,74% Ineff: 7,8% Erreur: 1,3% Ineff: 8,2% Erreur: 1,3% Ineff: 3,1% Erreur: 3,1%

Higgs_Cat == 100 Higgs_Cat == 200 ou == 400 Higgs_Cat == 200 Higgs_Cat == 400 <5mm Ineff: 14,9% Erreur: 0,62% Ineff: 7,3% Erreur: 0,93% Ineff: 7,2% Erreur: 0,95% Ineff: 9,1% Erreur: 4,3% <1mm Ineff: 16,9% Erreur: 0,65% Ineff: 11,1% Erreur: 1,1% Ineff: 11,1% Erreur: 1,2% Ineff: 11,4% Erreur: 4,8% Pile-up 2 ATLAS (Trigger + isolation)

Différents types de conversion Flag 1: à l’arrivée dans le détecteur interne, le photon se convertit en un électron et un positron mais la répartition de l’impulsion est très déséquilibrée entre les deux particules et on ne détecte qu’une trace dans le détecteur interne. Flag 2: le photon se convertit en un électron et un positron ayant une impulsion comparable et on détecte deux traces dans le détecteur interne. On s’attend donc à être très précis dans la détermination du vertex du Higgs.

Pas de conversion 1 conversion Flag 1 1 conversion Flag 2 <5 mm Ineff: 9,0% Erreur: 0,7% Ineff: 8,8% Erreur: 2,6% Ineff: 5,1% Erreur: 1,2% <1 mm Ineff: 10,3% Erreur: 0,7% Ineff: 12,3% Erreur: 3,1% Ineff: 6,7% Erreur: 1,4% Pile-up 1

Pour essayer de comprendre pourquoi l’inefficacité reste assez importante même quand on a des conversions et donc des traces dans le détecteur interne, on regarde le z que l’on a à l’entrée du tool: z pondéré – z vrai, avec z pondéré qui est la combinaison du pointing pour les photons et des traces du détecteur interne pour les électrons et les positrons provenant des photons convertis.

z pondéré –z vrai aucune conversion

zpondéré –zvrai une conversion_une trace (flag 1)

zpondéré –zvrai une conversion_2 traces (flag 2)

zpondéré –zvrai deux conversions

Pour savoir si l’inefficacité constatée vient d’un problème au niveau du z des traces, on regarde la différence entre les z des deux traces lorsqu’on a au moins une conversion de type flag 2. On constate que ces deux z sont parfois assez éloignés.

Différence entre les z des deux traces lorsqu’il y a au moins une conversion du type flag 2

Conclusion Pour tenter de comprendre ces résultats:  Il faut comprendre pourquoi il reste autant de ‘fakes’ même lorsqu’on élimine les vertex à une seule trace;  On se demande également pourquoi la détermination de vertex du Higgs n’est pas aussi précise qu’on s’y attendait lorsqu’on a une ou deux conversion.  Il reste à comprendre pourquoi ATLAS est beaucoup moins bon que CMS en ne considérant que la partie P T 2 du likelihood.