En particulier: Travail sur resolution en énergie des jets Recherche du Boson de Higgs standard dans le canal WH à l‘experience DZero auprès du Tevatron En particulier: Travail sur resolution en énergie des jets Nils Kristian Hüske LPNHE Paris Journées Jeunes Chercheurs, 30 Nov – 6 Dec 2008

Outline Introduction Modèle Standard et Boson de Higgs Fermilab et DZero Les jets Etude: Correction en énergie des jets de b 2/24

Modèle Standard Le Modèle Standard décrit les forces et interactions entre les particules, mais: particules sans masse Expérience: les particules ont une masse! modifier la théorie Introduction du mechanisme de Higgs Pourquoi? Conserver la renormalisabilité de la théorie.  La symétrie de jauge du Lagrangien reste conservée 3/24

Masse du Higgs La masse de Higgs est à priori inconnu, mais Limites Directes: LEP: mHiggs > 114 GeV @ 95% C.L. TEV: mHiggs ≠ 170 GeV @ 95% C.L. Limites Directes + Indirectes (mesures de précision électrofaible): mHiggs = 116,4 +18,3 -1,3 GeV (Haller et al., arXiv:0810.3664) 4/24

Production et desintegration du Higgs Section efficace de production du Higgs • < 1 pb A comparer a • 12 pb WW • 7 pb paire de top • 3 pb top seul • 2 pb ZZ W+jets : bruit de fond principal du WH Canaux les plus sensibles au Tevatron • Si basse masse (mH<135 GeV): – Production avec W ou Z – Desintegration en paire de b • Si haute masse (mH>135 GeV): – Production directe – Desintegration en paire de W Basse masse: H  b b Desintegration Production Au Tevatron: 1 sur 1012 evenements pp est un Higgs 5/24

Fermilab, le Tevatron et DØ Le Tevatron au Fermilab est l‘accelerateur le plus puissant du monde (qui marche ;-) ) Collisions proton – antiproton avec 1,96 TeV Deux expériences: CDF et DØ Decouvertes importantes au Fermilab: Quark Bottom (1977), Quark Top (1995) et Neutrino Tau (2000) 6/24

Fermilab, le Tevatron et DØ Quelques chiffres: Tevatron: 396ns bunch crossing 36 x 36 bunches 2001 – 2006 : “RunIIa”, 1 inv. fb. Luminosite instantanée max. : 100 x 1030 cm2 s-1 2006 – 2009 (2010?, 2011??) : “RunIIb”, 4-9 inv. fb. Luminosite instantanée max. : 200-400 1030 cm2 s-1 DZero: 1.7 mill. collisions/sec On recorde ~100 évt/sec Le data flow est 20 MO/sec 300.000 GO des données enregistré/année 4.5 G événements enregistrés jusqu’à présent 550 chercheurs 150 thésards 7/24

Le détecteur DØ du Run IIb Coordonées η et θ 8/24

Chasse du Higgs 2008: Prémière exclusion du Higgs à une masse de 170 GeV @ 95% C.L. (Combinaison CDF et DØ) Projection pour l‘avenir: 9/24

Chasse du Higgs Etat final de l‘analyse WH -> l nu b b On reconstruit: MeT, énergie EM et hadronique et des jets 10/24

Jets (1) 3. Interaction avec le calorimetre Gerbes electro-magnetiques et hadroniques Un algorithme regroupe les amas dans un cone ----------------------------------------------- 2. Hadronisation / fragmentation De nombreuses particules (π, K, …) sont produites 1. La collision dure produit quarks et gluons A DØ un jet est un objet calorimétrique formé par un algorithme de cone 11/24

Jets (2) Un jet est un objet calorimetrique – de nombreux effets physiques et instrumentaux perturbent la mesure Offset – contribution d'energie ne provenant pas de la collision dure (radiation uranium, bruit electronique, domine par interactions multiples) Reponse – reponse du detecteur non-homogene, non-lineaire reponse differente pour hadrons et electrons / photons le terme de reponse depend de la pseudo-rapidite Gerbe – fuites d'energies en dehors du cone ou depot parasite (champ magnetique, granularite finie du calorimetre, algorithme de cone) 12/24

Calibration des Jets (3) But de la calibration : ramener l‘énergie calorimétrique au niveau particule O = terme d'offset Fη = terme de réponse dépendant de η R = terme de réponse absolue S = terme de gerbe kbiais = facteur de correction des biais 13/24

Etude du ‘b jet energy resolution‘ Cette calibration calorimétrique est appellée JES (Jet Energy Scale) qui est dérivée sur tous les jets Il n‘existe pas de correction pour des jets de b en particulier Comme on analyse l‘état final H->bb, la résolution en énergie des jets de b est d‘une grande importance  Etude d‘une possibilité d‘ameliorer cette résolution 14/24

Etude du ‘b jet energy resolution‘ Comparer les algorithmes differents de calibration en énergie des jets: JES: Calibration “standard“ calorimetrique JESMU: Calibration JES + une correction spéciale pour des jets contenant un muon Pourquoi: Les muons ne sont pas d‘objets calorimétriques. Les jets de muons peuvent aussi contenir un neutrino  Corriger pour cet effet 15/24

Etude du ‘b jet energy resolution‘ Corrections additionnelles: JSSR: Une correction des MC du biais residuel de JES, en compensant la différence restant entre données et MC JSSR + JESMU 16/24

pT asymmetry (Def.) Qu‘est-ce qu‘on regarde? L‘asymétrie de l‘impulsion transverse comme mesure de la qualité de la résolution en énergie On regarde des evenements Z->bb (Z en repos) comme échantillon MC, on attend deux jets de b avec la même énergie dans un cas parfait pT1 et pT2 sont déterminé par leur rapidité: |Rapidité(pT1)| < |Rapidité(pT2)| 17/24

pT asymmetry Fitter l‘asymétrie pT (Gaussian fit [-2.5 RMS; +2.5 RMS]) Analyser des cas: exactement 1 muon dans le prémier (seconde) jet, comparer avec 0 muons, 1 plus 1 muons Estimer le Mean et RMS pour l‘asymétrie pT On veut: un Mean le plus proche possible à zero un RMS très fin  meilleure résolution  Comparaison pour JES, JESMU (DATA+MC) et JSSR, JSSR+MU(MC) 18/24

pT asymmetry DATA.JES 1 muon in jet 1 DATA.JESMU 1 muon in jet 1 19/24

pT asymmetry MC(bb).JES 1 muon in jet 1 MC(bb)JESMU 1 muon in jet 1 Shift dans le Mean MC(bb).Smear 1 muon in jet 1 MC(bb).SmearMU 1 muon in jet 1 20/24

pT asymmetry MC(bb).JES 1 muon in jet 1 MC(bb)JESMU 1 muon in jet 1 21/24 Comparer à: MC(bb).JES 1 muon dans jet 2 Comparer à: MC(bb).JESMU 1 muon dans jet 2 LPNHE Paris Nils K. Hüske 2008-10-22

Comparaison MC (bb) à DATA pour Mean et RMS Noire: JES/Smeared Rouge: JESMU/SmearedMU 1 muon dans 1er jet 22/24 LPNHE Paris Nils K. Hüske 2008-10-22

DATA - Mean Shift Comparaison 1 muon in 1st jet 1 muon in 2nd jet Noire: JES Rouge: JESMU zero muons in the jets 1 muon in each jet 23/24 LPNHE Paris Nils K. Hüske 2008-10-22

Conclusion La valeur moyenne (Mean) de l‘asymétrie pT pour les cas avec exactement un muon dans un des jets a un shift notable Cet effet est presque symétrique pour un muon dans le 1er ou 2e jet Le cas de zéro muons ou 1+1 muon n‘est pas shifté et presque aucune dépendance pT  Le shift de la valeur moyenne de l‘asymétrie pT indique la possibilité d‘une amélioration pour l‘algorithme de calibration JESMU pour les jets de b. 24/24 LPNHE Paris Nils K. Hüske 2008-10-22