1/9 Stéphanie Beauceron 2004 – 2005 Post-doc sur CMS au DAPNIA/SPP sur le calorimètre électromagnétique – 2004Thèse soutenue le 28 Mai 2004 sous la direction de Gregorio Bernardi dans le groupe DØ - LPNHE : Recherche du boson de Higgs dans le canal WH et étude de la production Wbb dans les collisions pp à 1.96 TeV dans l'expérience DØ auprès du Tevatron de Fermilab Séjour d’un an sur le site de Fermilab : “expert on call” sur le calorimètre 2000 – 2001DEA Particules, Noyaux, Atomes et Photons de l’université Claude Bernard de Lyon I – Mention Bien 1998 – 2000Licence et maîtrise de physique et magistère de physique fondamentale de l’université Paris XI. Maîtrise réalisée en ERASMUS à l’université de Manchester Contributions : 16 articles dont 1 en tant qu’auteur principal 4 notes internes DØ 2 proceedings 1 conférence : DIS04 (+JJC 2002) 4 séminaires participation aux réunions de collaboration (DØ+CMS)

2/9 Le RunII du Tevatron est approprié pour la recherche d’un boson de Higgs léger. Recherche en production associée WH  e bb Bruit de fond principaux : Wbb, tt, tb Recherche du boson de Higgs du modèle standard au RunII du Tevatron H  bb H  WW (*) Canal principal de désintégration m H <280 GeV (95% CL) Contrainte sur m H dans le modèle standard m H = GeV M top =178.0±4.3 GeV

3/9 E T miss électron Étiquetés b Étude de la production W(  e )bb 6 événements observés, 4.4  1.2 attendus Limite à 95% C.L. :  (Wbb) < 6.6 pb avec p T (partons)>20 GeV et  R(partons)>0.75  Meilleure limite actuelle Sélection des données : Données prises entre avril 2002 et septembre 2003 (174 pb -1 ) Un électron isolé De l’énergie transverse manquante ( → ) Deux jets étiquetés comme provenant de quarks b b-jet e (m jj =230 GeV)

4/9 W(  e )H(  bb) Les limites obtenues sont 100 fois plus grandes que les valeurs attendues par le modèle standard. 6 événements observés, 4.4 ± 1.2 attendus Fenêtre de masse [85-135] GeV : 0 observés 1.07 ± 0.26 bruit de fond ± WH Limite à 95% C.L. sur la production d’un boson de Higgs par exemple:  (WH)B(H  bb)<9.0 pb pour M H =115GeV 115 GeV

5/9 Comparaison avec l’étude de perspective du Tevatron Analyse DØ WH  e bb Étude de perspective normalisée à 174 pb -1 et WH  e bb Fenêtre de masse[85,135][100, 136] Résolution sur la masse 14 ± 1%10 % Signal (S) Bruit de fond (B) Signal/  B Statistical power only Systematics not included 2 fb -1 nécessaire pour exclure le Higgs à 95% C.L. avec cette analyse L’étude de perspective considère : les électrons dans les bouchons du calorimètre (+30%), l’identification des électrons uniquement sur les traces (+40%), une meilleure efficacité d’étiquetage (+50%)  Amélioration d’un facteur 2.0 dans l’analyse.

6/9 Le calorimètre électromagnétique de CMS Mise en faisceau d’un super module. Utilisation des résultats pour optimiser la simulation pour le Physics Technical Design Report. Super Module BEAM

7/9 Étude des canaux σ/Moyenne de 6.8% sans intercalibration σ(Amplitude)/Amplitude Résolution moyenne de 0.74% ADC Étude d’un seul cristal Analyse rapide des runs  détection des problèmes d’acquisition et des canaux défectueux (5‰).  Premiers aperçus des canaux mis dans un faisceau d’électron à 120 GeV: σ(Amplitude)/Amplitude (%)

8/9 Application aux événements Z 0 → e + e -  Simulation des observations de la mise en faisceau dans des événements Z → ee : la non linéarité canaux défectueux tours de trigger défectueuses du bruit corrélé Courbe de référence Oscillation autour de la référence Energie (GeV) Coeff Non Linéarité M(ee) reconstruite Moyenneσ Référence Non linéarité (non corrigée) Tous

9/9 Conclusion Activités dans DØ : Limite sur  (Wbb) < 6.6 pb Limite sur  (WH)B(H  bb) < 9.0 pb  ces résultats sont publiés dans Physics Review Letters ( Phys. Rev. Lett (2005) ) Présentation de ces résultats à DIS 2004 dans le cadre de la recherche du boson de Higgs au Tevatron Activités dans CMS : Les résultats de la mise en faisceau sont en accord avec les valeurs attendues Ces derniers permettent également une meilleure simulation du détecteur  Études pour le Physics Technical Design Report Projet de recherche : Contribution aux expériences du LHC :  sur la calorimétrie  sur la physique du Higgs et éventuellement du Top

10/9 Back Up

11/9 Mesure de l’amplitude σ/Moyenne de 6.8% sans intercalibration σ(Amplitude)/Amplitude Résolution moyenne de 0.74% ADC Étude d’un seul cristal 1 evt Temps Amplitude (ADC) des evts Amplitude (ADC) Temps Amplitude (ADC)

12/9 Résolution avec une somme de 9 Un électron ne dépose pas toute son énergie dans un seul cristal : on effectue une somme de 9 cristaux (3x3) autour du cristal d’énergie maximale  Nécessité de corriger l’énergie perdue dans les interstices entre les cristaux  Les 0.5% de résolution sont atteints Julien Descamps RESOLUTION: 0,50 % Without correction With correction

13/9 Resolution Xtal 704 gaps corrected With cut +- 2mm on hodoscopes Without any cut 3x35x5

14/9 Simule la non linéarité + 3 ‰ de canaux morts + 2 ‰ de canaux d’énergie x ½ + 44 tours de trigger défectueuses + 1 Token Ring (8 tours adj.)+ du bruit corrélé (88 tours fortement corrélées) pour tout le calo.: M(ee) reconstruite M(ee)géneree – M(ee) rec. Moyσσ/MMoyσ Référence 5559 Zee % Bruit cor Zee % Tous 5505 Zee % P T >20 GeV | η| <2.5 σ=5.60 Simulation dans les événements Zee : bruit corrélé σ=1.15

15/9 Les défis du Higgs Recherche du Higgs dans la région de masse: GeV Calorimètre performant pour la recherche H   et H  WW*/ZZ * ( → e) Résolution, herméticité et efficacité But : Électronique Uniformisation et stabilité du calorimètre H    Résolution de l’ordre de 0.5% et une intercalibration de l’ordre de 0.3%

16/9 Luminosité design: challenging base: conservative Début de l’année fiscale Integrated Luminosity (fb -1 )

17/9 Calibration en temps : Permet d’uniformiser la réponse et ainsi d’améliorer la résolution en énergie par une réduction du terme constant Correction des constantes de calibration pour la différence en temps entre les canaux  différences importantes du temps pour les canaux électromagnétiques et hadroniques. Gain de 1% sur la résolution de la masse invariante Z  ee Canal électromagnétique Canal Hadronique Mise en temps du système de calibration de l’électronique de lecture du calorimètre de DØ

18/9 1.5  2.0  2.5  SE T (GeV) ME T (GeV) Evénements QCD Etude du seuil de la suppression de zéro Réduction du nombre de cellules à enregistrer par la suppression de zéro  des cellules ayant une énergie supérieure au seuil (  = la largeur de la distribution du piédestal)  Le seuil doit permettre une réduction du bruit sans détériorer le signal Etude de 3 niveaux de seuil : 1.5 , 2.0 , 2.5  Pour un seuil de 2.0  ou de 1.5 , le signal de physique des événements de biais minimum n’est pas visible. 1.5  2.0  2.5  SE T (GeV) ME T (GeV) Evénements de biais minimum ME T est ajustée par une fonction : p0 + p1 x SE T + p2 x  SE T Etude de l’énergie transverse manquante (ME T ) en fonction de l’énergie transverse scalaire (SE T ). ME T =  ((  p T. cos(  )) 2 + (  p T. sin(  ) 2 )) SE T =  |p T | cellules

19/9 Production W(  e )bb Optimisation du signal Wbb  demande exactement 2 jets (réduction du tt)  2 événements de données, compares a 2.5±0.5 WbbWc(c)Wjjtt+tOthers 1.4±0.40.3±0.10.1± ±0.20.1±0.03 Composition Probabilité(B)=0.04 ; Probabilité(S+B)=0.23 Le modèle standard sans Wbb est défavorisé au niveau de 2  Réduction supplémentaire du bruit de fond  les 2 jets doivent être simultanément étiquetés par les 3 algorithmes de DØ  2 événements observes, 0.3±0.1 (Bruit de fond) + 0.6±0.2 Wbb (Signal) attendus

20/9 Production W(  e ) H(  bb) 6 événements observés, 4.4 ± 1.2 attendus Etudes systématiques: SourceErreur(%) Calib. énergie des jets4 (WH) 7 (Wbb) Identification des jets6 Etiquetage11 Déclenchement et id. el5 Calib. énergie électron5 Total15 (WH) 16(Wbb) Simulations18 Limite sur la production à 95% C.L. de  (WH)B(H  bb)<9.0 pb pour M H =115GeV WbbWZWjj+QCDtttb 0.45± ± ± ± 0.03 Fenêtre de masse [85-135] GeV : 0 données 1.07 ± 0.26 bruit de fond attendus ± WH

21/9 Comparaison avec l’étude de perspective du Tevatron Analyse DØ WH  e bb Étude de perspective normalisée à 174 pb -1 et WH  e bb Ratio: Perspective Analyse Fenêtre de masse[85,135][100, 136] R=0.7 Résolution sur la masse 14 ± 1%10 %R=0.7 Signal (S) R=3.0 Bruit de fond (B) R=1.6 Signal/  B R=2.4 Signal/B R=1.8 Statistical power only Systematics not included Luminosité pour exclure le Higgs à 95% C.L. avec cette analyse L’étude de perspective considère : les électrons dans les bouchons du calorimètre (+30%), l’identification des électrons uniquement sur les traces (+40%), une meilleure efficacité d’étiquetage (+50%)  Amélioration d’un facteur 2.0 dans l’analyse.  En propageant, il manque un facteur 2.4/2.0 = 1.2 en S/  B soit 1.5 en luminosité.  Autres facteurs disponible/nécessaire pour atteindre la sensitivité désirée: 2.5 (leptons) * 2.5 (canaux) * 1.6 (Neural Network) * 2 (expts) = 20 Final lumi/présent lumi: 8 fb -1 /0.174 fb -1 = 45  total: 45*20=900 (30 en sensitivité)

22/47 LEP Exclusion Production du Higgs Production directe : ~1 pb Production associée : ~0.2 pb Pour une masse 115 GeV. TeVatron LHC Production directe : ~40 pb Production associée : ~2 pb Pour une masse 115 GeV.

23/47 Feynman  g Voie S Voie T Production Associée Single Top