Recherche de la production électrofaible du quark top Mathieu Agelou (CEA/DAPNIA), Emmanuel Busato (LPNHE), Benoit Clément (IReS) Phénoménologie Stratégie d’analyse Présélection Séparation QCD/W+jet Traitement des données Traitement du MC 3) Résultats Réunion DØ-France – 25-26 mai 2004 CCIN2P3 (Lyon)

Phénoménologie Au RunI, le top a été découvert via son couplage au gluon (production par paires). Il peut être aussi produit seul dans l’état final via son couplage au W. À terme, mesure de |Vtb|… Diagrammes pour la production single top limites RunI : 2 papiers DØ: -analyse topologique -réseau de neurones t< 22 pb @ 95%CL s< 15 pb @ 95%CL Sections efficaces NLO à = 1.96 TeV:

Etat final recherché et principaux bruits de fond Le top se désintègre en bW (BR~100%). On ne considère que la désintégration leptonique du W. Suivant la voie, on a un ou deux jets de b. Signature : 1 lepton de grand PT ,de l’ et d’au moins 2 jets dont un b. e,m b-jet n q- ou b-jet Les bruits de fond : - QCD (multijets) avec des leptons mal identifiés - W+jets - , dibosons

Canaux d’analyse Pour Moriond, les analyses étaient separées en canaux orthogonaux : électron ou muon avec 3 taggers differents: électron W muon SVT SLT JLIP Emmanuel Benoit Mathieu Les analyses avec lifetime tag demandent un veto sur le SLT. Les canaux sont ensuites combinés pour le résultat final (JLIP ou SVT pour les électrons).

Lots de données On part des skims du common sample group (Aout02 Sept03) SKIM_TOP_MUTRACK SKIM_TOP_ETRACK (1 μ loose Pt>8GeV ou >12GeV si matché) (1EM de Pt>12GeV + 1trk Pt>8GeV matchée) MU_JT20_L2M0 (<v12) EM15_2JT15 (<v12) MU_JT25_L2M0 (v12) E1_SHT15_2JT20 (v12) On crée des TopTree avec TopAnalyze. Good Run List + Bad LBN List (packge top_dq) L = 158 pb-1 L = 156 pb-1 (SLT) L = 164 pb-1 (SVT/JLIP) Pour le MC : - signal : compHEP (NLO) - : Alpgen

Stratégie de l’analyse

Présélection

Présélection Canal muon Canal électron Coupures de préselection : 1 lepton isolé 2  Nb de jets  4 1er jet Pt > 25 GeV , || < 2.5 autres jets Pt > 15 GeV and || <3.4 Canal muon Canal électron medium nseg = 3 cut on timing cuts (cosmics) DCA significance < 3 |z – zvtx| < 1cm 2 of the track < 4 isolated : R(mu,jets) > 0.5 Etrack < 0.06*Pt Ehalo < 0.08*pt Pt > 15 GeV || < 2 MET_cor > 15 GeV, MET_jes > 15 GeV EM ID = 10 || 11 EM fraction > 0.9 isolation < 0.15 Hmatrix < 75 |ze – zvtx| < 1 cm track match spacial chi2 !=-1 Likelihood cut > 0.75 in CC > 0.8 in EC Pt > 15 GeV |eta| < 1.1 CC , 1.5 < |eta| < 2.5 EC rejète les evts avec un muon isolaté CC: MET_jes > 15 GeV, MET_cor > 15 GeV Application de coupures triangulaires

Coupures triangulaires Pour se débarrasser des événements ou les leptons et/ou les jets sont mal mesurés. Canal muon Canal électron Coupure différente pour les lifetime taggers (due à un excès à petite masse transverse)

Stratégie de l’analyse

Méthode de la matrice On veut : déterminer le fond QCD et W+jets à partir des données Principe de la méthode de la matrice : On utilise une coupure qui discrimine les evts QCD des evts W+jets (+top) Canal muon : isolation Canal électron : likelihood déterminé avec Zmm+jets déterminé avec Zee+jets déterminé sur l’échantillon présélectionné dans lequel on renverse les coupures triangulaires dépend du Pt de l’e déterminé sur un echantillon dans lequel on relaxe la coupure d’isolation et on renverse la coupure en

εQCD et εw Canal muon Canal électron = 0.89  0.006 = 0.86  0.032 0.16 0.10 0.04 difficile à paramétrer (détermination d’un échantillon QCD-like) : valeur cte pour l’instant avec un grande erreur. = 0.096  0.030 erreur = 50% 15 25 35 45 PT électron

Analyse des données

Algorithmes de b-tagging La désintégration du quark top produit systématiquement un quark b : -> L’état final recherché contient au moins un jet b : le b-tagging est un outil clé de l’analyse single top. 3 des 4 algorithmes du groupe b-id sont utilisés : - SLT : Tagger soft-lepton -> Demande un muon de pT>4 GeV avec dR(mu,jet)<0.5 - Life time taggers : - SVT : reconstruction des vertex secondaires. - JLIP : tagging probabiliste.

Efficacités de b-tagging Pour les lifetime taggers, le groupe b-id fournit 3 points de fonctionnement “loose”, “medium” et “tight”, correspondant respectivement à un mistag de 1%, 0.5% et 0.3%. Le point de fonctionnement tight est utilisé : εb ~ 45% SVT JLIP

Fond W+jets

Estimation du fond W+jets Méthode 1 : Utiliser des lots MC. Mais : les sections efficaces sont mal connues, la procédure est complexe (cf analyse ttbar/b-tagging). -> Comment estimer le fond W+jets (+ Z+jets, VV) sur les données ? Méthode 2 : Traiter ce fond de manière inclusive en calculant l’efficacité du tagger sur un lot QCD multijet. -> On determine une Tag Rate Function inclusive (en saveur) pour chaque tagger. Hypothèse : Le contenu en saveurs (b, c, light) du fond W+jet est voisin de celui de la QCD multijet.

Lot de données On utilise 2 lots de données 3JETLOOSE : CSG SKIM_3JET & SKIM_TOP_3JET Jet 1 ET>20 GeV ,|η|<2.6 Jet 2 et 3 ET>15 GeV ,|η|<2.6 TRF SVT et JLIP. ALLJET : CSG SKIM_TOP_ALLJET Jet 1 ET>20 GeV ,|η|<2.6 Jet 2, 3 ET>15 GeV ,|η|<2.6 Jet 4 ET>8 GeV 1 trigger jet 4JT10, 4JT12, 3J15_2J25_PVZ, 3JT15_PVZ. TRF Soft Muon – Crosscheck SVT, JLIP

TRF(ET, ηdet, φdet )= A(ET, ηdet) . B(φdet ) TRF inclusives SLT Produites par Jan Stark pour l’analyse ttbar avec le lot ALLJET. Paramétrisations de la TRF : fit de la distribution en ET dans différents bins de ηdet -> A(ET, ηdet). Histogramme en φdet -> B(φdet ). TRF(ET, ηdet, φdet )= A(ET, ηdet) . B(φdet ) Tag rate -1.11 < |det | < -0.97 Tag rate Jet det phi edges of the muon detector “box” bottom of detector Jet pT in GeV (standard JES)

TRF inclusive SVT Histogramme 2D (ET, ηdet) déterminé sur le lot 3JETLOOSE. TRF(ET, ηdet) = #Jets taggés / #Jets taggables

TRF(ET, ηdet)= A(ET) . B(ηdet) TRF inclusive JLIP Fit des distributions en ET et ηdet -> A(ET) , B(ηdet) dans le sample 3JETLOOSE (#tag/#taggable). TRF(ET, ηdet)= A(ET) . B(ηdet)

Estimation du fond W+jet Pour corriger les différences entre TRF inclusives 3JETLOOSE et tagger dans le lot ALLJET, on multiplie ces TRF par facteur dépendant de la multiplicité de jet (SVT et JLIP) Njet = 2 : f=0.98 - Njet >2 : f = 1.18 Considérer les évènements non taggés -> Forme des distributions avant tagging. Pondérer chaque évènement par son poids de tagging, calculé en appliquant la TRF inclusive aux jets taggables. Normaliser au nombre de W+jets estimé par la méthode de la matrice :

Estimation du fond QCD

Estimation du fond QCD Nature du fond QCD : Canal électron : un jet passe les coupures EM-id tight (fake électron) Canal muon : un muon provenant d’un jet de saveur lourde passe les coupures d’isolation. La QCD dans le canal muon provient de saveurs lourdes donc on ne peut pas l’estimer avec les TRFs inclusives. On choisit d’appliquer la même procédure dans chaque canal d’analyse.

Estimation du fond QCD Construire un lot de données orthogonal au lot d’analyse, contenant essentiellement des évènements QCD : canal électron : LH < 0.05, pas de trackmatch. canal muon : dR(μ,jet)<0.5, pas d’isolation loose. Appliquer le tagger sur ce lot -> forme des distributions. Rescaler au nombre de QCD Loose donné par la méthode de la matrice et εqcd .

Estimation des fonds tt et Z+jets à partir du MC

Estimation des fonds tt et Z+jets à partir du MC : corrige les efficacités d’identification des objets MC pour qu’elles soient les mêmes que dans les données. 100.8  0.6 % (e+jets) ; 99.7  0.8 % (μ+jets) 86.9  2.1 % (e+jets) 86.0  5.4 % (μ+jets) 102.5  0.6 % (SLT analysis) : cf prochain transparent. : cf dans deux transparents.

εtrigger |η|< 0.9 0.9<|η|< 1.5 Les “turn on” sont appliqués événement par événement sur le MC Utilisation de la classe TriggerEfficiency (package top_trigger) développée par Brigitte Vachon pour le groupe Top (contient tous les termes de tous les triggers utilisés dans les analyses top). noir : lot enrichi en électrons rouge : trigger muon Exemple : CJT(1,5) (niveau L1) Efficacite Efficacite |η|< 0.9 0.9<|η|< 1.5 pT pT

εb-tagging Soft Lepton Tagging : on “tagge” directement le MC  Lifetime Tagging : On ne peut pas “tagger” directement les jets MC car l’efficacité de tracking est plus élevée dans le MC que dans les données. On applique la “Taggability Rate Function” puis les “Tag Rate Functions” exclusives (dépendant de la saveur du jet) light “Taggability rate function” “Tag rate functions” JLIP  pT c b ||   pT pT

Résultats

Nombre d’evts attendus après tagging Electron Channel Muon Channel SLT SVT JLIP Signals MC tb 0.67  0.14 1.87  0.46 1.88  0.46 0.63  0.13 1.87  0.35 MC tqb 0.95  0.20 3.14  0.76 3.20  0.82 0.88  0.19 2.19  0.56 MC tb + tqb 1.62  0.24 5.01  0.89 5.08  0.94 1.51  0.23 3.57  0.67 Backgrounds MC tt  l+jets 7.00  1.56 18.38  4.75 19.29  5.31 6.25  1.36 14.27  3.59 MC tt  ll 2.60  0.55 4.93  1.22 5.29  1.34 2.18  0.47 4.30  1.09 MC Z   + jets - 4.79  0.86 W + QCD 35.30  5.78 67.0  12.8 71.68  13.73 29.50  4.99 67.02  11.81 Sum of Bckgs 44.90  6.12 90.54  13.99 96.26  15.08 42.72  5.36 82.09  12.01 Observed 58  7.6 92  9.6 99  10 48  7 94  10

Acceptance sur le signal e+jets/jlip e+jets/slt e+jets/svt +jets/slt +jets/svt

Systématiques Monte Carlo Systématiques liées à l’estimation des fonds W et QCD Erreur sur la proba de mauvaise identification des leptons : - électron :  50% - muon :  30 % Erreur sur les TRFs inclusives : SLT :  20 % Lifetime :  20 %  5 %

canal électron – multiplicité de jets e+jets/slt e+jets/svt Nb jets Nb jets e+jets/jlip Bon accord pour tous les taggers Nb jets

canal électron – Masse Transverse e+jets/slt e+jets/svt MtW MtW e+jets/jlip MtW

canal électron – HT (pTjet1 + pTjet2 + pTelectron + MET) e+jets/slt e+jets/svt HT HT e+jets/jlip Désaccord important pour le soft lepton tagging HT

canal muon – multiplicité de jets +jets/slt  +jets/svt Nb jets Nb jets Accord raisonable pour slt. Pas très bon accord pour svt.

canal muon – Masse Transverse  +jets/svt +jets/slt MtW MtW Bon accord pour svt, un peu plus discutable pour slt

canal muon – HT (pTjet1 + pTjet2 + pTmuon + MET)  +jets/svt +jets/slt HT HT Bon accord pour slt. Quelques points litigieux pour svt.

Limites Les limites sont déterminées par la “méthode fréquentiste approchée” (où méthode CLs) : Le nombre d’événements de signal exclu à 95% de confiance est donné par 1 – CLs = 95% (CLs = CLs+b / CLb) sans syst.

Conclusion et perspectives La recherche du single top dans les canaux e+jets et +jets avec ...156 – 167 pb-1 a été présentée. Limites Run II sans optimisation aussi bonnes que celles Run I avec NN Travail en cours sur le calcul de limites, cuts topologiques, estimation du fond W+jets à partir du MC, reduction des systématiques Perspectives : limites attendues dans plusieurs cas (A. Heinson) Run I (avec NN) Run II (sans optimisation) s < 15 pb @ 95% CL t < 22 pb @ 95% CL t < 22.3 pb @ 95% CL Lumi (pb-1) HT > 150 GeV NN (60%A ; 15% B) NN (40%A ; 5% B) Acc err : 20% Back err : 15 % Acc err : 15% Back err : 10 % 160 20.9 14.9 8.9 7.7 7.9 7.2 220 20.2 14.0 6.6 6.9 6.2 350 19.3 12.8 6.7 5.4 5.0 4.4