L'échelle relative d'énergie des jets et un peu plus … Nikola Makovec Jean-François Grivaz Réunion D0 France Lundi 7 Novembre 2005

Motivation Exemple : recherche de leptoquarks : le canal qq Un des facteurs limitant les analyses de physique contenant des jets dans l'état final (top, jets+MET,..) est l'échelle d'énergie des jets. Dans les analyses comparant les données réelles (data) et les données simulées (MC), cette erreur peut être diminuée en déterminant directement une échelle relative d'énergie des jets (relative J.E.S) et son erreur au lieu de combiner quadratiquement les erreurs de l'échelle absolue. Compensation de biais affectant l'échelle absolue s'annulant en déterminant directement la différence entre data et MC. Pour cela, on va utiliser les événements 1 photon + 1 jet dos-à-dos. Exemple : recherche de leptoquarks : le canal qq Principales incertitudes systématiques:  Erreur sur l’efficacité du signal: ~ 5%  Erreur sur la luminosité: ~ 6.5% Erreurs associées à la JES: ~ 10% Exclusion d’un domaine en masse pour les LQ: 85 < MLQ < 109 GeV/c2 95% (CL) A. Zabi et al. Réunion D0 France 7/11/ 2005

Lots de données Données réelles : skim JESB ~90 million d'evts déclenchés par un trigger électromagnétique. Les mauvais runs (CAL, CFT) et mauvais lbn (bad JetMet LBNs) sont exclus. Données simulées : PYTHIA γ +jet Générées en bin de pT_hat  Normalisation des différents lots Les jets ne sont pas smearés Reconstruction: p14 avec T42 Fixing: PASS-2 TMB-trees: d0correct v8 Jet Energy Scale: JetCorr v05.03.00 La nouvelle EM-scale fournit par Jan est utilisée (p17 hacked for p14) Réunion D0 France 7/11/ 2005

Sélections At least 1 primary vertex Best vertex: |z|  60 cm and N(tracks)  3 One, and only one, EM-object (ID = 10, 11) In fiducial In CC (|det|  1.0) ISOlation = 0 EMFraction  0.95 HMx7  10 Prob (spatial2)  0.01 Track isolation : pT  Trigger dependent cut (data) Purposedly very tight cuts to get a clean γ+jet sample Réunion D0 France 7/11/ 2005

The only photon and the only jet must be back-to-back in : Sélections (2) Jet selection Good JCCB jets (Rcone= 0.5) with standard criteria: 0.5< EMf < 0.95 CHf < 0.4 L1 confirmation No bad jets allowed One and only one good jet Restricted to |ηdet|  2.5 Event selection The only photon and the only jet must be back-to-back in : |Δφ|= |φphoton - φjet |  3.0 Réunion D0 France 7/11/ 2005

Méthode La conservation de l'énergie transverse est utilisée dans des événements 1 photon + 1 jet dos-à-dos pour déterminer la relative J.E.S. La variable utilisée est : <ΔS> est calculé à la fois pour les données réelles et simulées pour une valeur de pTγ. La différence de <ΔS> entre les données réelles et simulées donne la relative J.E.S Distribution de ΔS pour les datas (même type de comportement pour le MC) : DATA DATA DATA Réunion D0 France 7/11/ 2005

Un peu plus d'information Plus d'information est disponible dans les distributions de ΔS en utilisant : la largeur des distributions les "événements manquants" dus au seuil de reconstruction à 8 GeV Les distributions sont fittées par une gaussienne multipliée si nécessaire par un turn-on (erf) afin de modéliser l'inefficacité de reconstruction des jet de bas pT. La valeur moyenne de la gaussienne  échelle d'énergie La largeur de la gaussienne  résolution Les turn-ons  efficacité de reconstruction des jets Distribution de ΔS pour le MC : MC MC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Nouvelles motivations A partir des distributions de ΔS dans les données réelles et simulées, il est alors possible de corriger le MC pour : la différence de calibration de l'énergie des jets; la différence de résolution de l'énergie des jets; la différence d'efficacité de reconstruction des jets (jet reco * jet ID efficiency). Comme ces corrections ne sont pas indépendantes, il est important de les déterminer et de les appliquer de façon consistante. Ceci est l'intérêt de cette nouvelle méthode Réunion D0 France 7/11/ 2005

Turn-ons Les turn-ons sont relativement similaires : MC data Les turn-ons sont relativement similaires : entre les différents bins de pTγ (Dans la suite, les paramètres des turn-ons seront fixés.) entre data et MC Le plateau est atteint à ~ 15 GeV Réunion D0 France 7/11/ 2005

Efficacité de reconstruction de jets Il est possible de déterminer l'efficacité de reconstruction de jets en fonction du pT du photon : Seulement la dépendance en pTγ peut être déterminée Les résultats obtenus par la "méthode ΔS" sont consistants avec les résultats obtenus de façon indépendante en normalisant le nombre de calo jets pour une valeur de pTγ par le nombre de track jets. Cette autre méthode permet de connaître la valeur asymptotique de l'efficacité CC CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Résolution La largeur des gaussiennes donne des informations sur la résolution de l'énergie des jets : La résolution est déterminée pour 3 régions en eta (CC,ICR,EC) La différence quadratique entre les paramétrisations est utilisée afin de smearer le MC. CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

L'échelle relative d'énergie des jets La valeur moyenne des gaussiennes donne des informations sur l'échelle d'énergie des jets. La différence de <ΔS> entre les données réelles et simulées donne la relative J.E.S. L'échelle relative d'énergie des jets est déterminée pour 3 régions en eta (CC,ICR,EC) CC CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Méthode de corrections In order to compare data and MC, corrections should be applied to MC : - eta dependent corrections (data as well) - jet pT smearing - relative jet energy scale corrections remove jets with pT < 15 GeV (data as well) (the jet reconstruction efficiency reaches the plateau for pT > 15 GeV) The 3 first corrections are parameterized as a function of photon pT. In the first step, I will use directly the pT of the photon to get the correction factors in the gamma+jet sample. Then, I will determine the remapping procedure. Réunion D0 France 7/11/ 2005

Vérification Réunion D0 France 7/11/ 2005 Après corrections Avant corrections Après corrections Réunion D0 France 7/11/ 2005

Vérification (2) CC CC ΔΔS en utilisant les moyennes des distributions Avant corrections Après corrections CC CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Vérification (3) Après corrections CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Vérification (4) Réunion D0 France 7/11/ 2005 photon pT> 25 Avant corrections Après corrections photon pT> 50 Réunion D0 France 7/11/ 2005

Remapping Remapping : What “remapping” means : Up to this point, everything has been given as a function of the photon pT, but what is usually needed is a result as a function of the jet pT. What “remapping” means : For a given jet pT, what is the mean value of the photon pT ? An unambiguous answer can only be obtained for the simulation. The remapping depends on an a priori unknown, process dependent, true pT spectrum. Réunion D0 France 7/11/ 2005

Remapping (2) error. - The effect of the remapping is fairly small. ΔΔS en utilisant les moyennes des distributions no remapping QCD remapping - The effect of the remapping is fairly small. - The QCD-remapping is recommended. The variations can be taken as a systematic error. uniform remapping Réunion D0 France 7/11/ 2005

Et les événements Zee+jet ? Que se passe t'il si on applique la même méthode à des événements Z + 1 jet ? Les caractéristiques sont : - bruit de fond négligeable - statistique faible (impossible de déterminer des dépendances en eta) - utilise des électrons (l'EM-scale est déterminée pour les électrons) Sélection : - exactement 2 électrons (emf>0.95, iso<0.15, HM7<12, chi2>0.01, in fiducial, au moins 1 dans CC) - fenêtre en masse : Mz-15 < Mee < Mz+15 - jets : même sélection que gamma+jet - la coupure sur Δφ est relâchée à 2.8 - augmenter la statistique - comparer ces résultats avec les evts gamma+jet avec la même coupure (il n'y aucune raison que ceci biaise différemment les evts gamma+jet et Z+jet)  ~700 événements (~1800 sans la coupure sur Δφ) Réunion D0 France 7/11/ 2005

L'échelle relative d'énergie des jets Z+jet gamma+jet ΔΔS en utilisant les moyennes des distributions (Z+jet) - (gamma+jet) Les résultats avec Z+jet et γ+jet sont différents : - pureté !? - em-scale !? Cette différence sera prise en compte pour les erreurs systématiques. Réunion D0 France 7/11/ 2005

La résolution erreurs systématiques. Z+jet gamma+jet (Z+jet) - (gamma+jet) Les résultats avec Z+jet et γ+jet sont différents : - pureté !? - em-scale !? Cette différence sera prise en compte pour les erreurs systématiques. Réunion D0 France 7/11/ 2005

Erreurs systématiques From the EM Scale EM-scale error of ±1.6% above 40 GeV, linearly increasing to ± 3% at 20 GeV From the photon selection: ± 0.5% EMF, ISO, HMx7, track isolation, width in EM3 From the event topology:  cut +0.3% only one EM, one jet & unclustered energy +1.5% Vertex and jet track confirmation (negligible) From the EC or CC photon selection From possible remaining jet eta dependences (jets in CC : +0.3% / -0.7% ) Réunion D0 France 7/11/ 2005

Erreurs systématiques Les différences observées entre les événements photon+jet et Z+jet mènent à une modification du résultat nominal : L'erreur systématique associée à cette différence est : La même méthode est appliquée pour la différence de résolution entre les données réelles et simulées. Réunion D0 France 7/11/ 2005

Erreurs systématiques CC ~ 40 GeV : +2.5% -2.3% stat : gamma+jet stat : Z+jet sys : EM scale sys : tous sauf EM-scale sys : Z/gamma diff ALL Réunion D0 France 7/11/ 2005

Conclusion façon consistante les jets simulés pour : Une nouvelle méthode a été développée pour corriger de façon consistante les jets simulés pour : - la différence de calibration de l'énergie des jets; - la différence de résolution del'énergie des jets; - la différence d'efficacité de reconstruction des jets (jet reco * jet ID efficiency). Pour plus d'informations : http://www-clued0.fnal.gov/~makovec/JES/ - D0 note 4807 : The Relative data-MC Jet Energy Scale - D0 note 4917 : Shifting, Smearing and Removing Simulated Jets CAF & CAFe c'est génial ! Le futur : Cette étude est reprise par Christophe Ochando sur les données p17. Réunion D0 France 7/11/ 2005

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Eta dependent correction These corrections are determined using photons with pT  25 GeV: In each  bin, the mean value of S is calculated. Since it is not constant, corrections are applied where S(eta) is taken from the fitted curve. The overall normalization of the correction is such that the average jet pT is unchanged for pT > 25 GeV DATA The same procedure is applied to the simulation Réunion D0 France 7/11/ 2005

After correction (data) 50<pT<85 25<pT<50 Remaining pT dependence studied in systematics 85<pT The same procedure is applied to the simulation Réunion D0 France 7/11/ 2005

Eta dependent correction (MC) 25<pT<50 50<pT<85 The function used for the fits is a polynomial + 2 gaussians, with parameters which are functions of pT (not automated…) 85<pT<110 pT>110 Réunion D0 France 7/11/ 2005

After correction (MC) 25<pT<50 50<pT<85 85<pT<110 Réunion D0 France 7/11/ 2005

Systematics : isolation S(iso=0.15) - S(iso=0) = ~ 4% Réunion D0 France 7/11/ 2005

"Événements manquants" “8 GeV” sample “3 GeV” sample Les jets dans les data et le MC sont reconstruits avec la même coupure (8GeV): après correction des jets seront "manquants" dans le MC Afin de tester cet effet, le MC a été reconstruit avec un seuil de reconstruction abaissé à 3 GeV (au lieu de 8 GeV). “8 GeV” sample “3 GeV” sample Avant corrections Après corrections Réunion D0 France 7/11/ 2005

Remapping For a given jet pT, what is the mean value of photon pT ? The answer is different from the answer to the following question : For a given photon pT, what is the mean value of jet pT ? (method used for the jet response measurement) 65 < jet pT<70 70 < photon pT<75 Réunion D0 France 7/11/ 2005

Erreurs sur la résolution CC Réunion D0 France 7/11/ 2005

Conclusion façon consistante les jets simulés pour : Une nouvelle méthode a été développée pour corriger de façon consistante les jets simulés pour : - la différence de calibration de l'énergie des jets; - la différence de résolution del'énergie des jets; - la différence d'efficacité de reconstruction des jets (jet reco * jet ID efficiency). Pour plus d'informations : http://www-clued0.fnal.gov/~makovec/JES/ - D0 note 4807 : The Relative data-MC Jet Energy Scale - D0 note 4917 : Shifting, Smearing and Removing Simulated Jets Le futur : Cette étude est reprise par Christophe Ochando sur les données p17. Réunion D0 France 7/11/ 2005