Recherche de résonance top antitop dans les collisions p-p à ATLAS Aziz Chafaq Laboratoire de Physique Subatomique et de cosmologie de Grenoble Journées Jeunes Chercheurs 2008

Plan La production de paires de quark top au LHC Modèles à deux doublets de Higgs: le MSSM, production et désintégration des Higgs H/A Reconstruction des paires top-antitop du MS Les résonances H/A du MSSM Conclusion

La production de paires de quark top au LHC Mode de production MC@NLO generator Section efficace de production (Modèle Standard, NLO): σ(pptt) = 833 pb (prod: 8 106 evts/an à basse luminosité 1033 cm-2s-1) 10% 90%

Les désintégrations du quark top Dans le Modèle Standard: Br(tWb)  100% Seul fermion plus lourd que le boson W± : Durée de vie très courte : top ~ 410-25 s. Le quark top se désintègre avant hadronisation (had ~ 2810-25 s.) Recherche en fonction des produits de désintégration du W Signatures / bruits de fond physique, bruits de fond combinatoire Single Top(S,T,Wt)  AcerMC W+bb  Alpgen W+jets Diboson, WW et WZ  PYTHIA

Modèles à deux doublets de Higgs: le MSSM MSSM = extension minimale en particules du Modèle Standard Pour chaque particule -> superpartenaire • 2 doublets de Higgs – nécessaire pour donner des masses aux particules – pas d’anomalie • Après brisure de la symétrie EW, 5 états physiques: h, H, A, H+ , H- Au niveau de l’arbre 2 paramètres libres: - tanβ - MA

Production et désintégration du Higgs H et A Si MA, MH > 2 M(top), le BR(H/A)->ttbar~1 pour tan(β)~1

Stratégie de l’analyse Présélection des evts contenant un top Reconstruction complète des paires top antitop Reconstruction des W hadroniques Reconstruction des W leptoniques Reconstruction des candidats top leptoniques et hadroniques Sélection des paires top-antitop Sélection des événements avec une paire top-antitop Production de paires top-antitop par le Higgs Potentiel de découverte

Un événement ttb+jjb dans ATLAS Muon Jets hadroniques Energie manquante jet hadronique

Un événement tt b+jjb dans ATLAS Calorimètre hadronique Calorimètre EM Détecteur de traces Détecteur de Vertex Chambres à muons

La présélection des événements Un lepton isolé avec Pt > 25 GeV (pour e ) et Pt > 20 GeV (pour mu ), |η|< 2.5 Une impulsion transverse manquante Met > 20 GeV Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont au moins 2 jets b-tags, |η|< 2.5 Efficacité Trigger Lepton Met >=4Jets >=2btag E+jets 50  0.16% 52.3 0.16% 91  0.11% 36  0.15 % 17  0.1% Mu+jets 58.9 0.13% 70.7  0.14% 91.5  0.1% 31  0.14% 17.2  0.1% L’efficacité en % de Présélection des particules par canal

Reconstruction des paires top-antitop (1) Reconstruction du top hadronique t  W(jj)b : La reconstruction de W hadronique. |M(jj) -MW| min ∆R(j,j)min, Pt(jj) max P(jj) max, E(jj) max ∆R(jj,l) max Top hadronique: Association du W reconstruit avec le jet b le plus proche ∆R(W,b)min. Partie leptonique t  W(l)b : La reconstruction de W leptonique. Pz du neutrino par contrainte M(l,ν) = Mw La reconstruction du Top leptonique. Association du W reconstruit avec le second jet b

Reconstruction par sélection des paires top-antitop(2) Une sélection des particules par la méthode de Choisissant la combinaison qui minimise la fonction d’ajustement.

Reconstruction des paires top-antitop (3) Procédure de reconstruction du Pz du neutrino Imposant que la masse invariante du système lepton-neutrino = MW Deux solutions peuvent être obtenues en résolvant une équation du second degré > environ 30% des cas, pas de solution réelle [El+(Pt)2+(Pz)2]2-(Pxl+ Px )2-(Pyl+ Py )2-(Pzl+ Pz )2=Mw2 70% 30%

Reconstruction des paires top-antitop (4) Deux méthodes pour récupérer les 30% des cas. - (1) En gardant que la partie réelle PR. - (2) En Modifiant la valeur de l'énergie transverse manquante par un pas de 1% jusqu'à ce q'une solution soit trouvée CMET. Gardant la solution de plus petit Pz de neutrino, (parce que en 60% des cas la solution minimale donne des meilleurs résultats) (masse plus proche à la masse du Top Red (1)‏ Blue (2)‏

Efficacité de reconstruction des top-antitop (1) ∆R(j,j) min |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 60<Mw<100 (%) 32 35 25.5 22.4 19.3 20.24 Pureté 65 63.3 66.5 63.7 65.4 65.8 Mt-had in [140,210]GeV 33.1 27 25.1 24.35 36 58.2 57.5 58.7 54.3 54 52.6 57 Mt-lep in [140,210] GeV PR 66.8 66.6 66.1 65.6 66.85 67.2 54.7 54.5 54.4 53.5 53.3 53.8 CMET 71.2 71.1 70.4 70 71.23 71.6 58 57.6 57.3 Partie réelle : PR Correction MET : CMET

Efficacité de reconstruction des top-antitop (2) ∆R(j,j) max |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 Mtt in [350,750] GeV PR (%) 56.4 57.7 50 48.4 45.5 48 58.6 Pureté <0.4 25 24.8 23.6 21.1 20.5 20.7 <0.7 36.6 36.7 34.7 31.5 31.1 31.6 CMET 57.5 58.8 50.7 49.5 46.5 49.2 59.7 25.4 24 21.4 25.6 36.8 34.6 31.4 31 36.9

Efficacité totale de sélection top-anti-top (3) ∆R(j,j) min |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 Efficacité Totale % PR 3.99 4.7 2.27 1.8 1.3 1.6 4.54 CMET 4.34 5.12 2.5 1.95 1.4 1.73 4.92 les méthodes les plus efficace sont ∆R(j,j)min, |M(jj) -MW| min et Chi2

Reconstruction des top antitop avec 0, 1 btag La reconstruction par la méthode de chi2, des événements ttbar ayant au moins 2 jets de b identifient, un seul jet de b, ainsi que les  événements sans jet beaux identifies. Présélection des événements - Un lepton isolé avec Pt > 25 GeV (pour e ) et Pt > 20 GeV (pour mu ), |η|< 2.5 - Une impulsion transverse manquante Met > 20 GeV 2btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont au moins 2 jets b-tags, |η|< 2.5 1btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont exactement 1 jets b-tags, |η|<2.5 0btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, sans b-tags

Efficacité totale et la significance L’efficacité totale de la reconstruction du résonance ttbar du MS Le S/B et la significance de la résonance ttbar du MS dans la fenêtre [350,750] pour une luminosité de 1 fb-1 Chi2 + 2btag Chi2 + 1btag Chi2 + 0btag (%) PR 4.54 5.85 11.88 CMET 4.92 6.4 12.7 Chi2 + 2btag 1btag 0btag S/B 3.83±0.13 3.23±0.08 2.5±0.05 S/B 151  174  210 

Distribution Mttbar pour 1 fb-1 1btag 2btag Spectre de masse du ttbar 0btag

Distribution Mthad pour 1 fb-1 2btag 1btag Spectre de masse du top hadronique 0btag

Distribution Mtlep pour 1 fb-1 2btag 1btag Spectre de masse du top leptonique 0btag

Distribution MW pour 1 fb-1 2btag 1btag Spectre de masse du W hadronique 0btag

Les résonances H/A du MSSM Masse(A) En GeV 360 260<M<460 400 300<M<500 450 350<M<550 500 400<M<600 550 450<M<650 600 500<M<700 tan= 0.5 S/B 0.18±0.03 0.065±0.01 0.1±0.01 0.053±0.00 57 0.04±0.004 0.03±0.002 S/B 4.3  2.32  3.83  2.5  2.12  1.53  tanβ =2 0,011±0,002 0,0092±0,0 015 0,006±0,00 08 0,005±0,00 05 0,0018±0,00 024 0,002±0,00017 0.33  0.24  0.2  0.09  0.12  =10 4e-5±5,7e-6 7e-5±9,4e-6 6e-5±7e-6 6e-5±5,6e-6 4,6e-5±4e-6 2e-5±2e-6 0.001  0.0024  0.0025  0.003  0.0012  =35 2e-6±4e-7 3e-6±5e-7 2,5e-6±3e-7 3e-6±3,6e-7 1,4e-6±1e-7 9,7e-7±7,5e-8 6e-5  1.1e-4  1e-4  5,7e-5  5,5e-5  Le S/B et la significance de la résonance H/A du MSSM dans une fenêtre ± 100GeV pour une luminosité de 1 fb-1

Résultats préliminaires

Conclusion Le quark top au LHC  mode de production par paires, dans le canal lepton+jets Présélection et reconstruction des paires Diverses techniques : reconstruction des W jj, W lv, tlWb et tHWb Reconstruction en identifiant 2 jets de b Optimisation des techniques Mesure des performances (efficacité, pureté) Sélection des paires top-antitop Méthode de chi2 Extension de la sélection des paires Reconstruction avec 1 ou 0 jet de b Mesure des performances obtenues pour 1 fb-1 …et le Higgs dans tout ça ? Nombre de signal attendus Sensibilité des analyses

Performance de la reconstruction Définition de la Pureté Particule vraie (MC truth) vs particule reconstruite Localisée à moins de R < 0.4 ∆R entre le wlep vrai et le wlep reconstruit ∆R entre le whad vrai et le whad reconstruit ∆R entre le top had vrai et le top h reconstruit ∆R entre le top lep vrai et le top lep reconstruit

BACKUP L’efficacité et la pureté en % de la reconstruction des particules en fonctions, l’erreur statistique est de l’ordre de 1. Chi2+2btag Chi2+1btag Chi2+0btag 60<Mw<100 Efficacité 32 50.1 66 Pureté 65.8 53.4 38.5 140<Mth<210 36 41.8 48.1 57 51.3 50.7 140<Mtl<210 PR 67.2 52.4 58.5 54.4 47.7 46.5 CMET 71.6 55.6 61.4 ∆R(r,v)<0.4 58 52.14 51.5

Chi2+2btag Chi2+1btag Chi2+0btag 350<Mtt<750 Partie réelle Efficacité 58.6 52.1 64 Pureté ∆R(r,v)<0.4 25 20 20.2 ∆R(r,v)<0.7 36.7 31.1 32.4 Modifiant Met 59.7 54.5 65 25.6 21.3 21.6 36.9 32.22 32.23

Process σ(pb) ttbar 833 ## Single top STs 10.65 STt 246.6 STWt 66 ## W bb*2.6 Wbb0j 16.3 Wbb1j 17.9 Wbb2j 10.2 Wbb3j 7.2 ## di-bosons WW 24.500 WZ 7.800 ## W + jets*1.15 Wenu0j 15410 Wenu1j 3001.5 Wenu2j 950 Wenu3j 274.9 Wenu4j 77.51 Wenu5j 27.6 Wmunu0j 15410 Wmunu1j 2978.5 Wmunu2j 950 Wmunu3j 271.4 Wmunu4j 78.6 Wmunu5j 28 Wtaunu0j 15410 Wtaunu1j 3013 Wtaunu2j 952.2 Wtaunu3j 274.9 Wtaunu4j 77.9 Wtaunu5j 28.1