Etude d’un canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur collisioneur LHC Alexandre Mollet

Perspectives de travail Présentation Le contexte Le LHC L’expérience 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

Un accélérateur sur la fontière Franco-suisse! Quelques Chiffres: 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 ! 0.4 1011 particules par paquet 2808 paquets! Fréquence de croisements: 40 MHz 109 collisions p-p par secondes CMS LHC-b Atlas Alice

Composition du détecteur: L’expérience CMS Longueur : 20 m Hauteur : 15 m Poids : 14 000 t Canaux électroniques : 108 Coût : 500 MCHF (325 M€) 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 m Rayon externe = 7.5 m Poids = 14 500 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 Solenoïde B = 4 T Tracker Silicium Pixel + Strips ECAL Cristal scintillant (PbWO4) HCAL Cu+scintallateur Chambre à muons

Pourquoi la SUper SYmétrie? Motivations 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

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

MSUGRA Point SUSY retenu Présentation 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 m1/2 = 360 GeV m0 = 230 GeV A0 = 0 tan b = 10 sign(µ) >0.

Notre canal de désintégration Voici notre la canal de désintégration que je vais étudier: c20 ® c10 h ® c10 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.

Notre canal de désintégration Résumé: Rapport de branchement Signature : h0 LSP MET b B tagging  20 % d’évènements interessants

Pool Of persistent Objects for LHC 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 SimReader RecReader MC generator CMKIN Production User 1)digitization “data summary tape” ROOT Tree 3)analysis 2)reconstruction NEW Pool Of persistent Objects for LHC

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

La reconstruction des jets: Outpout ORCA: Fichiers ROOT Pour obtenir ces fichiers ROOT : Choix d’un 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 d’un b ou pas!  Problème d’efficacité du b-tagging

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

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

Combinatoire: Si on a 4 jets  6 Minv Bruit de fond 3 types de BF jouent ici: SUSY: sb  b ; t  W b ; Z0  b b Combinatoire: Si on a 4 jets  6 Minv SM: t  W b ; Z0  b b (négligeable)

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

Ajoutons la correction en énergie Premiers résultats Ajoutons la correction en énergie Recentrage du pic

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

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

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

Changeons l’algorithme de reconstruction: Premiers résultats Changeons l’algorithme de reconstruction: Correction inadaptée

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

Masse invariante suite à la recombinaison des jets: Premiers résultats Masse invariante suite à la recombinaison des jets: Toutes les paires de jets ! Nécessité d’optimiser la reconstruction des jets

Type de résultats attendus Les écarts en énergie et impulsion: Grands écarts d’énergie

Une des sources d’erreur dans la reconstruction est: “b-tagging” Une des sources d’erreur dans la reconstruction est: le tagging des jets b en jets de b le tagging des autres jets en jets de b Nécessité d’optimiser le b tagging !!! Sans jouer sur le « b_tagging » 57%

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

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

Un vrai puzzle…