Etude des algorithmes de reconstruction des jets dans le détecteur CMS Loïc Quertenmont V. Lemaître, G. Bruno, K. Piotrzkowski Université Catholique de Louvain UCL/PHYS – Le 26 Juin 2007

26/06/2007Loïc Quertenmont2 Outline MotivationsMotivations Jets et AlgorithmesJets et Algorithmes Différents niveaux de reconstruction des jetsDifférents niveaux de reconstruction des jets RésultatsRésultats  Processus utilisés  Masses Reconstruites  Corrections  Soustraction du pile-up ConclusionsConclusions

26/06/2007Loïc Quertenmont3 Motivations La qualité de la reconstruction des jets dans CMS a été testée en utilisant : PP → Z → JJ (Jets de petit P T ) PP → Z → JJ (Jets de petit P T ) PP → Z’ → JJ (Jets de grand P T ) Les jets sont partout au LHC : événements ttbar, QCD événements sous-jacents, pile-up nouvelle physique (BSM) Z Mass = GeV Z’ Mass = 700 GeV

Jets et Algorithmes

26/06/2007Loïc Quertenmont5 Jets et Algorithmes Jet : gerbe collimatée de particules créées par hadronisation des partons Grand nombre de hadrons Algorithmes de Jets Quarks et Gluons Hadronisation Objets reconstruits (traces, dépôts d’énergie, …) PropagationReconstruction Niveau Hadronique Niveau Détecteur

26/06/2007Loïc Quertenmont6 Principes des AlgorithmesMidPointCone Principe : les jets ont une forme conique. cône de rayon R. Les jets sont reconstruits à partir des particules contenues dans un cône de rayon R. itération L’endroit où le cône est placé est déterminé par itération. FastJet = KT Principe : Deux particules « proches » proviennent d’un même jet. recombinées Si deux particules sont proches :  elles sont recombinées. Si une particule est isolée : un jet  la particule est un jet. Itération Itération tant qu’il reste des particules MidPointCone FastJet Dépôt d’énergie ou Particule

Différents Niveaux de Reconstruction des Jets

26/06/2007Loïc Quertenmont8 Niveaux de Reconstruction Niveau Hadronique particules simulées  Utilisation des particules simulées au point d’interaction. Pas d’effet lié au détecteur  Pas d’effet lié au détecteur Effets liés à la physique et aux algorithmes  Effets liés à la physique et aux algorithmes ETET Z → jj

26/06/2007Loïc Quertenmont9 Niveaux de Reconstruction Niveau Détecteur : Jets à partir des calorimètres particules constituant le jet  Utilisation des dépôts d’énergie déposée par les particules constituant le jet dans les calorimètres.  Soumis à de nombreux effets du détecteur (non-linéarité de la réponse des calorimètres, champ magnétique)  dE/E ~ 120% / sqrt(E)  Efficace à haute énergie ETET Z → jj

26/06/2007Loïc Quertenmont10 Niveaux de Reconstruction Niveau Détecteur : Jets à partir des traces Seules les particules chargées  Utilisation des traces reconstruites. Seules les particules chargées laissent une trace. particules chargées  Reconstruction très précise de l’énergie et de l’impulsion des particules chargées au point d’interaction.  dP T /P T ~ P T  Efficace à basse énergie ETET Z → jj

26/06/2007Loïc Quertenmont11 Niveaux de Reconstruction Niveau Détecteur : Jets à partir des candidats Particle Flow trajectographe et des calorimètres  Utilisation du trajectographe et des calorimètres, (prochainement tout le détecteur) particules chargées particules neutres  Reconstruction précise de l’énergie et de l’impulsion des particules chargées et des particules neutres (au point d’interaction).  Efficace à basse et à haute énergie ! ETET Z → jj

Résultats

26/06/2007Loïc Quertenmont13 Résultats : Processus utilisés pp → Z → jjpp → Z’ → jj Z Mass = GeV Z Width = 2.49 GeV Z’ Mass = 700 GeV Z’ Width = 10 GeV Z’ Z Masse reconstruite en utilisant les quarks :

26/06/2007Loïc Quertenmont14 Résultats : Distribution de la masse reconstruite Z’Z traces reconstruites pose problème L’utilisation des traces reconstruites pose problème dans le cas du Z’  Le Particle Flow est donc également problématique ! Dans le cas du Z, le Particle Flow améliore la reconstruction de la masse du Z PFlow Tracker Calo PFlow Tracker Calo

26/06/2007Loïc Quertenmont15 Correction de l’énergie des jets calorimétriques Z’ Z PFlow Calo+Cor Calo Calo+Cor PFlow Calo Les corrections améliorent la masse reconstruite. ATTENTION Elles sont calculées à partir de simulations (dijets events). ATTENTION Elles sont testées en utilisant la simulation !

26/06/2007Loïc Quertenmont16 Le pile-up dans CMS pile-up = bruit de fond provoqué par d’autres collisions de protons IP P P P P P P P P P P PPPPPPPPPP 7 TeV sans pile-up IP P P P P P P P P P P 7 TeV pile-up basse luminosité pile-up basse luminosité (~ +5 Collisions) PU pile-upénergie dans les calorimètres  Les particules créées par le pile-up déposent leur énergie dans les calorimètres énergie augmentée  L’énergie des jets reconstruits est augmentée par le pile-up soustractionévénement par événement  Méthode de soustraction de l’énergie du pile-up événement par événement PPPPPPPPPP

26/06/2007Loïc Quertenmont17 Soustraction de l’énergie du pile-up Energie Transverse des jets reconstruits à partir des calorimètres : pile-up basse luminosité sans pile-up pile-up soustrait Jet 1 ~ 40 GeV Jet 2 ~ 20 GeV Jet 1 ~ 50 GeV Jet 2 ~ 35 GeV Jet 1 ~ 40 GeV Jet 2 ~ 23 GeV

26/06/2007Loïc Quertenmont18 Soustraction de l’énergie du pile-up Soustraction Z Pile-up Sans Pile-up Pile-up soustrait La méthode de soustraction du pile-up fonctionne !

Conclusion

26/06/2007Loïc Quertenmont20 Conclusions FastJet > MidPointCone performances similaires  FJ ~ MPC : performances similaires (pour les topologies étudiées)  FJ est plus rapide Soustraction du pile-up  Soustraction du pile-up événement par événement Soustraction du pile-up  Méthode très performante Corrections  Performantes pour la reconstruction de la masse du Z et du Z’ !!! Construites à partir de la simulation et testées sur la simulation !!!  !!! Construites à partir de la simulation et testées sur la simulation !!! Particle Flow Particle Flow Toujours en développement  Toujours en développement  Améliore la reconstruction de la masse du Z (Traces !)  Mauvaise reconstruction de la masse du Z’ (Traces !) Particle Flow + Soustraction du pile-up  reconstruction optimale dans CMS !

26/06/2007Loïc Quertenmont21 MerciMerci…