Correction de l'énergie des jets et Recherche de la Supersymétrie dans l'expérience D0 Plan de la présentation ● Description de l’appareillage ● Reconstruction et correction des jets ● Recherche des squarks/gluinos Jérôme COSSSéminaire de 2 ème Année Groupe D0 Villeurbanne IPN de Lyon24 Janvier 2003

I Partie instrumentale

Le Tevatron CDF Chicago  D0 Tevatron : accélérateur proton-antiproton Première phase (Run I) : 1992  1996  Découverte du quark Top Arrêt pour modifications techniques (5 ans)  Démarrage mars 2001 Seconde phase(Run IIa): 2001  2004/5 (Run IIb): 2005/6  200?

Les caractéristiques du Tevatron pb -1

Le détecteur pour le Run IIa

Z y x   Le calorimètre Electrons Pions Milieu passif/actif : Ur/Ar liquide Couverture angulaire |η|< 4.2 Granularité : Δη  Δφ = 0.1  0.1 Couche EM3 :0.05  0.05 Coarse Hadronic :0.2  0.2 Résolutions :    Ln (tan  /2)

Tour calorimétrique tour  = 0.7  = 1.5 Taux d’échantillonnage :  Non uniforme en 

II Reconstruction des jets et Correction de leur énergie

La reconstruction des jets Tour initiatrice E T >1 GeV Itérations jusqu'à obtenir un cône stable (~3)

Les critères de qualité des jets Forme de la gerbe hadronique Fraction d'énergie dans la partie externe du calorimètre hadronique : Ch frac < 0.4 Fraction d'énergie dans le calorimètre électromagnétique : 0.05 < EM frac < 0.95 Détecteur Rapport entre l'énergie transverse des 2 cellules les plus énergiques : HotF < 10 Nombre de tours nécessaires pour contenir 90% de l’E T du jet : n90 > 1 Seuil en énergie transverse pour le jet : E T jet > 8 GeV

La correction de l'énergie des jets Déterminer l'énergie du jet de particules à partir de l'énergie du jet dans le calorimètre  Energie ne provenant pas de la collision dure entre 2 partons  Réponse du calorimètre pour les particules du jet  Fraction d'énergie du jet contenue dans le cône

La réponse du calorimètre pour les jets ETET Jet Compenser la différence de rendement énergétique entre les gerbes EM et hadronique Echelle absolue d’énergie EM déterminée avec des données Z  e + e - Etalonnage relatif de l’échelle d’énergie des jets par rapport à l’échelle EM Cas idéal : γ + 1 jet Echantillon de données : γ + jets γ

La fraction d'énergie du jet dans le cône Jet Estimer l'erreur due à la reconstruction des jets avec un algorithme de cône de taille finie Particules du jet déposant leur énergie à l'extérieur du cône cône trop petit, champ magnétique Particules externes au jet déposant leur énergie à l'interieur du cône Echantillon MC : di-jets MC di-jet ajusté avec les données di-jet du Run I

Energie sous-jacente des jets Energie sous-jacente : partie de l’ ne provenant pas de la collision dure entre 2 partons Contributions ✔ Interactions multiples pp dans 1 croisement de paquets (collisionneur/physique) ✔ Interactions des partons spectateurs (physique) ✔ Empilement (collisionneur/détecteur) ✔ Bruit électronique et bruit de l'uranium (détecteur)

Candidat : Z(di-mu) + 3 jets Run II

Echantillon de données Runs spéciaux Evénements sélectionnés "en ligne" avec un biais minimum ✔ 2 impacts en coïncidence dans les luminomètres (2.7<| η |<4.4) ✔ Veto sur les triggers du calorimètre Responsabilité depuis Octobre 2001 jusqu’à présent Jérôme COSS, Steve MUANZA et Nirmalya PARUA (SUNY à Stony Brook) Energie sous-jacente des jets

Calcul de la densité E T Écart-type de la distribution E T dans cet anneau Déterminer la densité E T pour une unité η×φ  |||| 

Difficultés Variable Globale : sensible à tous les défauts de fonctionnement du calorimètre d’où la nécessité d’un suivi précis de l’état du calorimètre pendant les Runs spéciaux Exemple d’effets pris en considération Asymétrie en  Cellules chaudes ou bruyantes

Tours chaudes Energie Impacts Tour Cellule (i ,i ,ilyr)

Distribution de la densité par couche CCICREC

Distribution de la densité E T Soustraire cette densité à chaque tour du cône du jet corrigé  10 Kevts Luminosité = 2  cm-2 s-1

Autres corrections Energie transverse manquante : Recalculée après application des corrections sur tous les jets de l’événement Energie du muon mesuré par le spectromètre La corrrection pour les jets de b avec une désintégration semi-muonique: MIP Estimée à partir de Z  bb MC

Lors du Run I ( ), le facteur de correction ( publié en 1998) pour un jet de : 20 GeV  CorrFac = ± 2.8 %(4.6%) 100 GeV  CorrFac = ± 1.5 %(2.6%) (  en 1996) 450 GeV  CorrFac = ± 2.2 %(4.5%) A titre indicatif pour le Run IIa : σ (syst)  11 % avec : Seulement une année d’étude Très faible statistique Programme de reconstruction en évolution Facteur de Correction

"Measurement of the top quark pair production cross section in pp collisions using multijet final states", Phys. Rev. 60, (1999) σ (pp  tt  multijets)=7.1 ± (stat)2.8 ± (syst)1.5 pb dont σ JES (syst)=0.09 pb "Measurement of the Top Quark Mass Using Dilepton Events", Phys. Rev. Letters 80, 2063 (1998). pp  tt  2 leptons+jets : m top =168.4 ± (stat)12.3 ± (syst)3.6 GeV/C 2 dont  JES (syst)=2.4 GeV/C 2 Illustration : le quark top au Run I

III Analyse de Physique (particules supersymétriques)

Extension supersymétrique du modèle standard R-parité R p =(-1) L+2S+3B  R=1 pour les particules du MS  R=-1 pour les sparticules Conservation : Production par paire LSP stable R-parité R p =(-1) L+2S+3B  R=1 pour les particules du MS  R=-1 pour les sparticules Conservation : Production par paire LSP stable Le contenu en particules : Nouvelles masses additionnelles Nombreux nouveaux couplages ~ 100 paramètres libres

Les paramètres libres : m 0 masse universelle des scalaires m 1/2 masse universelle des jauginos sign(mu) mu :masse du higgsino tanβrapport des valeurs moyennes dans le vide des doublets de Higgs A 0 couplage universelle trilinéaire Unification des couplages et des masses GU mSUGRA

Production des paires squark/gluino SUSY-QCD LO

Désintégration des squarks et des gluinos Bruit de fond : QCD, tt, W+jets, Z+jets, WW, WZ, ZZ Topologie du signal : Run I et II Pas détectée

Les limites du Run I

Squarks/gluinos à grande tanβ La matrice des masses des sbottoms : Le couplage de Yukawa :

Spectre de masses et taux de désintégration  Topologie : Nouvelle Analyse pour le Run II

ISAJET (ISASUSY) Outils utilisés pour mSUGRA Interface ISAJET 7.44-PYTHIA PDFLIB 7.09 PYTHIA (SPYTHIA) Equations du Groupe de Renormalisation Sections efficacesMasses Taux de désintégration PDFLIB Diagonalisation des Matrices de Masses 5 Paramètres mSUGRA S. Mrenna S. Muanza

Conclusion et perspectives I.Etude des erreurs systématiques sur l’énergie sous-jacente II.Démarrage de l’analyse squark/gluino Problèmes rencontrés :Trigger Etiquetage des b-jets Comparaisons données/MC: contributions des processus suivants QCD multijets, W/Z+jets, tt, … à la topologie: