Journées de Rencontre Jeune Chercheurs Aussois, Décembre 2005 Reconstruction des paires tt du Modèle Standard avec le détecteur ATLAS Eric COGNERAS Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand

Plan Le détecteur ATLAS Motivations Le quark top et le Modèle Standard Analyse Conclusion et perspectives Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le Détecteur ATLAS L’une des 4 expériences du LHC Regroupe 34 pays 1800 physiciens Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le Détecteur ATLAS Caractéristiques : Objectifs : Dimensions : 42m X 22m X 22m 7000 tonnes Objectifs : Boson de Higgs Compositivité Matière Noire Supersymétrie Dimensions supplémentaires … Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le Détecteur ATLAS Tracking Calorimètres Chambre à muon Identification des e- Reconstruction précise des vertex secondaires Etiquetage efficace des jets b et t Calorimètres Séparation gp0 et g-jets Identifier les e- des désintégrations b Chambre à muon Grande efficacité de détection des m Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Motivations : Le Modèle Standard de la Physique des Particules Reproduit les données expérimentales Validation des tests au niveau du ‰ Mais Modèle effectif à basse énergie Brisure de symétrie électrofaible ajoutée  ad hoc Nombreux paramètres libres Les Modèles au-delà du Modèle Standard Supersymétrie Technicouleur Cordes, … Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Motivations : Pourquoi le top ? Mesure précise de Mtop contraint MHiggs Le quark top joue un rôle important dans de nombreux modèles alternatifs Fort couplage possible de la nouvelle Physique au quark top exemple : impact sur Avant tout, bien comprendre la reconstruction du top et des paires tt du Modèle Standard Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le quark top et le Modèle Standard Production des paires tt au LHC 10% au LHC 90% au LHC Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le quark top et le Modèle Standard Désintégration du quark top (Br=0.61) (Br=0.28) Désintégration du système tt Seul mode semi-leptonique est exploitable 2jets légers et 2 jets b 1 lepton (muon ou électron) 1 neutrino Rapport de Branchement : 29% X p t b W j m,e n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Sélection des événements Dans la suite, événements tt semileptoniques Eliminer les événements bruit de fond Au moins 4 jets, PT>40GeV/c, |h|<2,5 parmi lesquels 2 identifiés b Au moins 1 muon isolé, PT>20GeV/c, |h|<2,5 Impulsion Transverse manquante PTmanq>20GeV/c Efficacité de sélection 16 % X p t b W j m,e n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W hadronique : Reconstruction : appariement de 2 jets légers X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W hadronique : Reconstruction : appariement de 2 jets légers Jets doivent être calibrés Pureté : 16 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W hadronique : Pour chaque événement, conserve LA combinaison dont la masse est la plus proche de la masse théorique du W (80,4 GeV) Pureté : 30 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W hadronique : Pour chaque événement, seule LA combinaison dont la masse est la plus proche de la masse théorique du W (80,4 GeV) est conservée Coupure supplémentaire : fenêtre de 25 GeV Pureté : 60 % Efficacité : 4 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top hadronique : Association du W hadronique avec les jets b X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top hadronique : Association du W hadronique avec les jets b Jets b doivent être calibrés Pureté : 27 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top hadronique : Pour chaque événement, LA combinaison donnant le plus grand PT au top est conservée Pureté : 39 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top hadronique : Pour chaque événement, LA combinaison donnant le plus grand PT au top est conservée Coupure supplémentaire : fenêtre de 25 GeV autour du pic Pureté : 63 % Efficacité : 2 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W leptonique : Si le Top hadronique reconstruit dans fenêtre de masse Identifie Px manquant et Py manquant à Px et Py du neutrino  On ne connaît pas Pz Contrainte pour obtenir Pz : Neutrino de masse nulle lepton + neutrino redonnent masse du W Equation quadratique en Pz neutrino  2 solutions Ne conserve que la solution donnant une masse de top la plus proche de la masse du top hadronique X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top leptonique : Association du W leptonique avec le b leptonique Pureté : 69 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Top leptonique : Association du W leptonique avec le b leptonique Fenêtre de masse de 25 GeV autour de la masse du pic Pureté : 77 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements Paire tt : Association des 2 tops reconstruits X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Conclusion et perspectives Bilan Reconstruction des tops hadroniques et leptoniques satisfaisante Travail à fournir pour améliorer la reconstruction de la paire tt Ce qui reste à faire Améliorer par des coupures judicieuses l’efficacité et la pureté de la reconstruction des tops Possibilité de déterminer précisément la masse du quark top avec ajustement cinématique Générer des résonances tt pour étude comparative  Potentiel de découverte, … Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Le Détecteur ATLAS Moyens pour réaliser les objectifs : Détecteur interne Mesure précise de l’impulsion des traces chargées Identification efficace des électrons Reconstruction précise des vertex secondaires Etiquetage efficace des jets b et lepton t Calorimètres Séparation gp0 et g-jets Capacité d’identifier les e- provenant de la désintégration leptonique des jets b Bonne résolution en énergie pour les e-, les g et les jets Grande couverture angulaire Linéarité de la réponse couvrant tout le spectre en énergie Chambre à muon Grande efficacité de détection des m Mesure de leur impulsion sur tout le spectre en énergie Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005

Analyse : Reconstruction des événements W leptonique : Uniquement semi-leptonique m Pureté : 90 % X p t b W j m n Eric COGNERAS JRJC Aussois, 10 décembre 2005