Matthieu Lechowski Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC & Simulation de la numérisation du calorimètre électromagnétique LAL Orsay - 18 avril 2005 1

Plan 1. Le LHC et ATLAS 2. Numérisation et bruit dans le calorimètre électromagnétique 3. Modèle du Petit Higgs 4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs dans ATLAS 2

Modèle Standard Particules Forces Masses Bilan matière constituée de fermions (= leptons et quarks) classés en 3 familles Forces véhiculées par des bosons électrofaible forte  Z W : gluons : générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le boson de Higgs Masses depuis 1967, le Modèle ne connaît que des succès (tests de précisions et prédictions), mais reste incomplet Bilan 3

1. Le LHC et ATLAS présentation du LHC et de l'expérience ATLAS calorimètre électromagnétique 4

Le LHC en bref collisionneur circulaire de 27 km de diamètre Large Hadron Collider collisionneur circulaire de 27 km de diamètre proton-proton : s=14 TeV taux de collisions : 40 MHz luminosité : 2.1033 cm-2s-1  1034 cm-2s-1 - basse : 20fb-1 / an - haute : 100fb-1 / an 4, 3 km en construction au Cern premières collisions en 2007 5

physique des plasmas quarks-gluons Le LHC : expériences et programme 4 expériences : Alice LHCb physique des plasmas quarks-gluons physique du quark b ATLAS CMS - recherche du boson de Higgs - recherche de la SuperSymétrie - mesures de précision du Modèle Standard - recherche d'autre Nouvelle Physique : extra-dimensions, Petit Higgs, … 6

L'expérience ATLAS Plan transverse  =-ln( tan(/2) )  X Z Y A Toroidal LHC ApparatuS Plan transverse =-ln( tan(/2) ) pseudo-rapidité Z X Y   7

ATLAS : événements et détection Linac: E= 0.050 GeV Booster: E= 1 GeV PS: E= 26 GeV SPS: E= 450 GeV LHC: E= 7000 GeV 8

ATLAS : événements et détection Déclenchement à 3 niveaux : 40 MHz (LHC)  200 Hz (écriture) 9

Calorimétrie à Argon liquide Calorimètres à Argon liquide (1) Calorimétrie à Argon liquide succession de couches d'absorbeur et d'Argon liquide couches d'absorbeur (plomb ou cuivre/tungstène) participent au développement d'une gerbe (électromagnétique ou hadronique) les particules de la gerbe ionisent l'Argon liquide les électrons d'ionisation sont collectés par des électrodes et constituent le signal signal triangulaire temps de dérive des électrons fraction d'échantillonnage énergie déposée dans l'Argon énergie déposée dans le calorimètre = 10

Calorimètres à Argon liquide (2) Mise en forme du signal 5 échantillons mise en forme du signal dans la chaîne d'électronique  courbe bipôlaire - signal plus rapide - intégrale nulle  minimise la contribution des événements de biais minimum échantillonnage à chaque croisement de faisceaux toutes les 25 ns 11

Argon liquide refroidi à 88 K Calorimètres à Argon liquide (3) Calorimètres d'ATLAS Electromagnétiques: EMB (Tonneau) EMEC (Bouchon) Hadroniques: HEC FCAL (2 modules) FCAL (1 module) Argon liquide refroidi à 88 K 12

pour une réponse uniforme en  ATLAS : calorimètre électromagnétique Géométrie accordéon pour une réponse uniforme en  Compartiments et Cellules de lecture électrodes segmentées en 3 compartiments en profondeur: Avant, Milieu, Arrière segmentation de chaque compartiment en cellules projectives + Pré-Echantillonneur placé avant (pour mesurer l'énergie perdue en amont) 13

ATLAS : calorimètre électromagnétique EMB EMEC =0 =0.8 =1.4 =2.5 =3.2 =1.4 =2.5 14

ATLAS : calorimètre électromagnétique Granularités 173312 cellules 901 cellules types 15

système de 3 gammes linéaires ( Haute, Moyenne et Basse : 93/9.3/1 ) Chaîne électrodes d'électronique Carte FEB Préamplificateurs Formeurs Echantillonnage (ADC) système de 3 gammes linéaires ( Haute, Moyenne et Basse : 93/9.3/1 ) Carte ROD Filtrage Optimal Conversion ADC MeV Energie DAQ 16

2. Numérisation et bruit dans le calorimètre électromagnétique bruit d'électronique et bruit d'empilement mesures en testbeam 2002 et 2004 outil d'Athena développé : CaloNoiseTool 17

Athena Description environnement logiciel d'ATLAS chargé de simuler : - la production d'événements (Pythia, …) - l'interaction des particules avec le détecteur (GEANT 4) - la numérisation des événements simulés reconstruit les événements = identification des particules et détermination de leur énergie-impulsion à partir des dépôts d'énergie dans les sous-détecteurs et des traces 18

Ionisation, Signal brut Numérisation ATLAS Athena Hit E (Argon) Simulation Prise de données Ionisation, Signal brut Numérisation Ei = Forme du signal i  EArgon ADC'i = Ei / [ ADC MeVe.m. ] / [ MeVe.m. MeVArgon ] ADCi = troncation (ADC'i + bruiti + piédestal ) FEB Digit 5 échantillons ADC Filtrage optimal ROD RawChannel E (à l'échelle e.m.) E' =  OFCi  (ADCi - piédestal) E = [ADC MeVe.m. ]  E' Données brutes écrites sur disque CaloCell E (à l'échelle e.m.) Corrections E = f (HV, t°…) (corrections offline petites) Reconstruction 19

OFC Filtrage optimal minimiser l'effet du bruit d'électronique et du bruit d'empilement assurer la condition q'un décalage en temps du signal ne doit pas changer les résultats A = amplitude du signal g = forme du signal g' = dg/dt  = décalage en temps S(t) = Ag(t+) + bruit(t) = Ag(t) + Ag'(t) + bruit(t) échantillons : Sk = Agk + Ag'k + bruitk U =  akSk 5 k=1 tel que <U> = A il faut minimiser la variance de OFC les ak sont les coefficients de filtrage optimal (OFC)  calculés au vol par LArOFCTool R=ACtotal -1 20

Auto-corrélation matrice d'Auto-corrélation du bruit d'électronique entre échantillons voisins en temps bruit indépendant du temps 1 A1 A2 A3 A4 1 A1 A2 A3 1 A1 A2 1 A1 1 sym. <BruitiBruitj> = BruitADC  A|i-j| 2 Auto-corrélation entre échantillons i et i+2 , en gamme Haute, pour l'EMB PS Milieu Avant Arrière  A1 A2 A3 A4 -0.02 -0.29 -0.1 0.1 pour une cellule : 21

Rampes en gamme Haute, pour le compartiment Arrière de l'EMB Conversion en MeV (TB02) Facteur ADCMeV = ADC  DAC  DAC  Volt  Volt  A  A  MeV (Argon)  MeV (Argon)  MeV (e.m.) = Rampes (gamme) runs de calibration : réponse linéaire par rapport à un signal injecté constantes par région en  (par compartiment) définie pour les muons ADC DAC Rampes en gamme Haute, pour le compartiment Arrière de l'EMB pente n°canal fraction d'échantillonnage  rapport e/mu  0.75 22

changement de pré-ampli à =0.8 Bruit en ADC EMB (TB02) en gamme haute bruit des canaux de chaque FEB mesure sur des runs de piédestaux (sans signal) bruit = écart-type gaussien le bruit est constant par FEB, une seule valeur stockée dans la base de données PS Avant Avant Avant Avant Avant Avant Avant Milieu Milieu Milieu Milieu changement de pré-ampli à =0.8 Arrière Arrière 23

Testbeam 2004 Dispositif Mesures du bruit sur des runs de piédestaux bruit = écart-type gaussien de la distribution du signal pour chaque canal 24

Bruits incohérent et cohérent pour chaque FEB : Somme = somme normale des néchant. échantillons ADC (-1000 = piédestal) des ncanaux canaux de la FEB AltSomme = somme alternée (+ - + - …) distributions de Somme et AltSomme pour N événements Bruit Incohérent = RMS(AltSomme) / ncanaux Bruit Cohérent = RMS2(Somme) - RMS2(AltSomme) / ncanaux  caractérise le bruit en absence de corrélation entre les canaux pas toujours défini !  caractérise la corrélation entre les canaux par groupes de 4 canaux : même principe, pour vérifier l'effet des pré-amplificateurs et formeurs qui traitent les canaux par 4 l'uniformité sur la FEB 25

Bruit en ADC (CTB04) Avant conclusion : bruit cohérent petit  négligeable dans la simulation (CTB04) Total Incohérent Moyenne sur la FEB Cohérent Bruit calculé sur la FEB Valeur du testbeam 2002 stockée dans la base de données (DB) Avant Moyenne des groupes de 4 canaux sur la FEB 26

Nécessité de connaître le bruit attendu CaloNoiseTool (1) Nécessité de connaître le bruit attendu certains algorithmes de reconstruction doivent éliminer les cellules sans signal en réalisant une coupure sur l'énergie: si Ecell. > n  bruit , cellule sélectionnée Algorithmes : énergie transverse manquante : sommation de l'énergie transverse des cellules qui contiennent un signal cluster topologique : sélection de cellules autour d'une cellule "chaude" voir études de physique à la fin    rectangle de taille fixe 27

CaloNoiseTool (2) Description outil fournissant le bruit de chaque cellule de lecture des calorimètres bruit d'électronique et bruit d'empilement bruit attendu calculé en regroupant les étapes de la numérisation et en utilisant les mêmes données Remarque: CaloNoiseTool ne sert pas à ajouter le bruit aux cellules 1) Bruit d'électronique E = ADCMeV   OFCi ( Bruiti + qi ) i=1 5 élec = ADCMeV  BruitADC  [OFC] [ACél] [OFC]T + [OFC] [OFC]T 2 12 28

Bruit prédit EMB EMEC en gamme haute ( cellules-type en  , symétrie en z et en  ) EMB EMEC électrode A électrode B absorbeurs + minces changement de granularité PS Avant Milieu Arrière en gamme haute 29

PS: conventions de poids différentes Comparaison avec TB02 CaloNoiseTool EMB TB02 (données publiées) PS Avant Milieu Arrière PS: conventions de poids différentes en gamme haute 30

événements de biais minimum Définition du Bruit d'empilement pour chaque croisement de faisceaux, 23 (à haute luminosité) collisions inélastiques se superposent à l'événement de physique intéressant  particules de faible énergie, préférentiellement proches du faisceau événements de biais minimum = dépôt d'énergie = perturbation de l'énergie du signal = bruit d'empilement remarque: les croisements de faisceaux voisins perturbent également le signal 31

statistique de 50000 événements, mais insuffisant Evénements de biais minimum Pour chaque cellule: distribution de l'énergie déposée dans l'Argon, dans les événements de biais minimum, en utilisant la symétrie en  et z RMS de la distribution ajustement  chiffre stocké dans la base de données statistique de 50000 événements, mais insuffisant 32

CaloNoiseTool (3) 2) Bruit d'empilement empilement = Nbm  bm   g(k)2  [OFC] [ACtotal] [OFC]T 2 k=1 N échantillons forme du signal écart-type de l'énergie dans un événement de biais minimum nombre d'événements de biais minimum par croisement de faisceaux 33

Bruit d'empilement EMB Haute luminosité PS Avant Milieu Arrière 34

Auto-corrélation totale Auto-corrélation totale calculée par LArAutoCorrTotalTool : empilement électronique Nbm = 23 à haute luminosité avec auto-corrélation modifiée bruit d'électronique prédit modifié OFC modifiés 35

Bruit d'électronique modifié EMB en gamme haute Sans luminosité Haute luminosité PS Avant Milieu Arrière les OFC ne sont plus optimaux pour le bruit d'électronique seul  le bruit augmente 36

Bruit total EMB Sans luminosité Haute luminosité en gamme haute PS Avant Milieu Arrière 37

Données et outils CaloNoiseTool LArADC2MeVTool LArAutoCorrTotalTool Rampes DAC  Volt Volt  A LArADC2MeVTool A  MeV ADC  MeVArgon Auto-corrélation LArAutoCorrTotalTool Forme du Signal Auto-corrélation totale Dérivée de la Forme du Signal LArOFCTool Ecart-type du Bruit d'empilement OFCénergie OFCtemps Ecart-type du Bruit d'électronique Simulation Ecart-type des Piédestaux CaloNoiseTool Données Fraction d'échantillonnage  rapport e/ 38

Bruit dans les clusters (1) cluster 35 dans le calorimètre électromagnétique pour 0 <  < 2.5 photons simples de ET=60 GeV bruit attendu (prédit par CaloNoiseTool), compte tenu du nombre de cellules et des gammes   Nombre de cellules N cellules en  N cellules en  PS 3 1 ou 2 Avant 24 Milieu 5 Arrière 2 39

Bruit dans les clusters (2) Sans luminosité Cluster PS Avant bruit transverse en MeV Milieu Arrière structure en bandes: - nombre de cellules variable - cellules en gamme Moyenne 40

bruit transverse peu dépendant de  Bruit dans les clusters (3) Haute luminosité Cluster PS Avant résolution en énergie pour ET~60 GeV Milieu Arrière bruit transverse peu dépendant de  41

3. Modèle du Petit Higgs Modèle Standard Modèle du Petit Higgs bosons de jauge lourds désintégrations caractéristiques 42

Modèle Standard Particules Forces Masses matière : fermions forces : véhiculées par des bosons Forces électrofaible - forte (  Z W ) SU(2)LU(1)Y SU(3) Masses générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le boson de Higgs 43

masses choisies pour cette analyse Boson de Higgs particule non encore observée Masse - paramètre libre du Modèle - contraintes théoriques et expérimentales (LEP) 114 (95%CL) < M(H) < 280 GeV/c2 (95%CL) Production Désintégrations BR 200 120 200 120  (fb) masses choisies pour cette analyse 44

Pourquoi chercher au-delà ? Au-delà du Modèle Standard Pourquoi chercher au-delà ? Ordre 0 Boucles top bosons de jauge Higgs réglage fin le réglage fin pour ne pas faire diverger la masse du Higgs semble peu naturel brisure de la symétrie électrofaible mal comprise beaucoup de paramètres libres (masses, couplages, … 18 au total) Modèles candidats - Petit Higgs - Supersymétrie - … 45

pseudo-bosons de Goldstone Modèle du Les idées Petit Higgs (1) Divergences quadratiques Supersymétrie bosons fermions nouveaux bosons nouveaux fermions annulations Nouvelles particules Bosons de jauge lourds ZH WH AH Petit Higgs nouveau quark t nouveaux bosons bosons quark t annulations Quark top lourd T Higgs lourds Champs et symétries 0 + ++ SU(5) échelle de Planck SO(5) échelle électrofaible NB : H du Modèle Standard est conservé avec les mêmes propriétés (BR …) brisure de symétrie symétrie globale SU(2)LU(1)Y symétrie locale bosons de Goldstone sans masse pseudo-bosons de Goldstone masse "légère" brisure de symétrie électrofaible 46

Modèle du Petit Higgs (2) Remarques: Modèle du "plus petit Higgs" (Littlest Higgs) modèle effectif jusqu'à =10 TeV  n'exclut pas la Supersymétrie (ou un autre modèle) au-delà modèle compatible avec les contraintes expérimentales si les nouvelles particules sont plus grandes que le TeV 47

Nouveaux bosons de jauge Masses de jauge … dégénérescence cot est un paramètre du Modèle ( équivalent à W pour WH et ZH) Production (ZH) Désintégrations (ZH) (à cot=0.5) BR(ZHZH) = 4. 5% BR(ZHll) = 12% BR(ZH) = 12% BR(ZHqq) = 71. 5% (WH) = 2 (ZH) BR(WHWH) = BR(ZHZH) 48

Dépendance de .BR(ZHZH) en cot Désintégrations caractéristiques si un Z' et un W' sont découverts par une désintégration leptonique (voir après), permettent de dire s'ils sont dans le cadre du Modèle du Petit Higgs ou non ZH  Z H WH  W H facteur d'échelle 0. 5 dans la suite ni trop optimiste, ni trop pessimiste Dépendance de .BR(ZHZH) en cot 49 cot

Pourquoi une simulation rapide ? ATLFAST Pourquoi une simulation rapide ? la simulation complète est longue à exécuter (20 min./évt) difficile de l'utiliser sur une grande statistique une simulation rapide permet de vérifier rapidement la faisabilité d'une étude avant de la confirmer en simulation complète Principe ATLFAST part de la vérité (Monte-Carlo) puis il altère les données des particules en fonction des performances des sous-détecteurs direction et énergie % d'identification, résolution en énergie, … évaluées en testbeam et en simulation complète 50

4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs études effectuées en simulation rapide en collaboration avec 2 physiciens de Valence (Espagne) au sein du groupe "Little Higgs" d'ATLAS 51

Hypothèses (1) Higgs découvert, et masse connue = signification statistique à 30 fb-1 (18mois à basse luminosité) = 5 (seuil de découverte) contribution du canal H non négligeable 52

Hypothèses (2) ZH et WH découverts, et masses connues désintégration leptonique ZHee L.dt = 300 fb-1 53

Canaux étudiés ZH  Z H WH  W H Masse du Higgs et choix des états finals MH = 120 GeV H Z/W quarks MH = 200 GeV HZZ / HWW Z/W : - 2 désintégrations leptoniques (sans ) - 1 désintégration en quarks pour un Z/W du Higgs 54

+ MH = 120 GeV Signal MH= 120 GeV signaux indiscernables 1 ou 2 jets WH W H q g 1 ou 2 jets ZH Z H q g + MH= 120 GeV signaux indiscernables M(ZH) s.BR (fb) 850 0.698 1000 0.349 1500 0.070 2000 0.018 M(WH) s.BR (fb) 850 1.369 1000 0.684 1500 0.137 2000 0.034 - masses dégénérées - pas une résolution suffisante pour distinguer Z et W en quarks  traités ensemble 55

généré pour 115 < M(H) < 125 GeV Bruits de fond Higgs inclusif : .BR(fb) = 1.92 généré avec Pythia pour pT(H) > 200 GeV 30 millions d'événements  inclusif : généré pour 115 < M(H) < 125 GeV Diphox ( générateur NLO ) 56

Reconstruction ZH/WH pT Paire de Photons Paires de Jets Jets jj jj jj gg jj jj jj ZH/WH Mgg  MH j j jj Mjj  MZ (20 GeV) jj jj pT max j j pT max sinon (15 GeV) pT (jj)>200 57

Coupures Coupures standard Coupures sur les particules reconstruites |hg|<2.5 (acceptance du Calorimètre) pT g > 25 GeV et pT g1 ou g2 > 40 GeV identification des 2 g (80%×80%) (simulation rapide) recherche du Higgs Coupures sur les particules reconstruites fit gaussien de MH  coupure à 2 fit gaussien de MZH/WH  coupure à 2 pT > pT min (MZH/WH) 58

Optimisation de la reconstruction toujours 2 jets toujours 1 jet événements mal reconstruits pics décalés et élargis 20 % des cas à 1 TeV méthode mixte 1 TeV 60 % des cas à 2 TeV 59

( 3 ans à haute luminosité ) Résultats (1) 1 TeV L.dt = 300 fb-1 ( 3 ans à haute luminosité ) pT () > 400 GeV Evénements / 40 GeV / 300 fb-1 Signal ZH 33.0 Signal WH 64.2 Bruit H 8.2 Bruit  4.5 Sign. stat. 16.6 nombres d'événements S = 49% B H= 4.2% B = 9.4% équivalent à S/B avec une loi de Poisson 60

Résultats (2) S = 48% B H= 0.6% S = 52% B H= 0.03% B = 6.1% L.dt = 300 fb-1 1.5 TeV 2 TeV pT () > 500 GeV Evénements / 40 GeV / 300 fb-1 pT () > 700 GeV Evénements / 40 GeV / 300 fb-1 Signal ZH 6.3 Signal WH 12.7 Bruit H 2.3 Bruit  1.0 Sign. stat. 6.6 S = 48% Signal ZH 1.8 Signal WH 3.6 Bruit H 0.7 Bruit  0.3 Sign. stat. 3.0 B H= 0.6% S = 52% B H= 0.03% B = 6.1% B = 6.5% 61

+ Reconstruction inclusive (1) ? ? Principe Conséquences le Z/W peut aussi aller en leptons (l et )  BR: 70%  100% on ne cherche pas à reconstruire le ZH/WH ZH Z H g ? WH W H g ? + Conséquences davantage d'événements de signal davantage d'événements de bruit de fond (car moins contraints) on cherche un excès de Higgs à grande impulsion transverse 62

Reconstruction inclusive (2) 1 TeV meilleure signification statistique L.dt = 300 fb-1 pT () > 400 GeV Evénements / 20 GeV / 300 fb-1 mais moins satisfaisant qu'un pic de masse sur un fond continu + incertitudes de Pythia à grand pT Signal ZH 53.5 Signal WH 104.6 Bruit H 30.6 Bruit  16.7 Sign. stat. 23.0 ( 16.6 ) avec Z/Wqq 63

Reconstruction inclusive (3) L.dt = 300 fb-1 inclusive (3) 1.5 TeV 2 TeV pT () > 550 GeV Evénements / 20 GeV / 300 fb-1 pT () > 700 GeV Evénements / 20 GeV / 300 fb-1 Signal ZH 9.9 Signal WH 19.8 Bruit H 8.2 Bruit  3.6 Sign. stat. 8.7 Signal ZH 2.9 Signal WH 5.8 Bruit H 2.7 Bruit  0.7 Sign. stat. 4.7 ( 6.6 ) ( 3.0 ) 64

Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH Espace des paramètres Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH L.dt = 300 fb-1 Exclu théoriquement lorsque MH=120 GeV European Physics Journal, C 39 (2005) 13-24 65

AH est très dépendant du Modèle (') Extrapolation AH =  lourd pour AH AH est très dépendant du Modèle (') section efficace et rapports d'embranchement difficilement prédictibles BR L.dt = 300 fb-1 tan ' zone exclue à 90%CL en cas de non observation Extrapolation: - AH  Z H  ZH  Z H - ZH et WH suffisamment éloignés en masse de AH pour ne pas constituer un bruit de fond limite supérieure sur .BR(AH  Z H) 66 M(AH)

mélange des leptons et des jets MH = 200 GeV 1er canal Signal l = e ou  ZH Z H l q 1 ou 2 jets mélange des leptons et des jets Bruits de fond s.BR (fb) tt  lb(l) lb(l) 3376 ZZ  llll 70.5 H  ZZ  llll 46.8 f H  f llll 5.7 qq H  qq llll 2.8 W H  qq ZZ  qq llll 1.3 Z H  ll ZZ  ll qqll 0.2 tt H  lb lb ZZ(llqq) - MH= 200 GeV M(ZH) s.BR (fb) 1000 0.354 1500 0.075 2000 0.017 - 67

Représentation d'événement (avec Atlantis) 2  jet(s) l Z 1 ou 2 jets l q ZH Z q 1 TeV H l 200 GeV Z 2 e l 2 éléctrons 2 muons jet(s) 68

optimisation sur le nombre de leptons détectés Isolation Enjeu des canaux séparer les leptons des jets (isolation difficile à grande impulsion transverse) Processus d'isolation dans ATLFAST E = somme des énergies des cellules incluses dans un cône d'ouverture R autour d'un lepton-candidat  si E < Eseuil , lepton validé e- et  ont chacun R et Eseuil R =  2 + 2 Relâchement des critères d'isolation pour les leptons R diminué Eseuil augmenté optimisation sur le nombre de leptons détectés 69

Reconstruction ZH Condition initiale nécessaire: avoir 4 leptons Paires de Leptons Paires de Jets jj Mjj  MZ (15 GeV) Jets ll j j ll pT min (car désintégration secondaire) Mll  MZ j ll ZH pT max j (5 GeV) pT max j ll H Higgs MH  200 (30 GeV) pT max 70

Coupures Coupures standard Coupures sur les particules reconstruites |hl|<2.5 (acceptance du Calorimètre) 1 lepton avec pT > 30 GeV ou 2 leptons avec pT > 20 GeV identification des leptons : 90% en moyenne (simulation rapide) recherche du Higgs Coupures sur les particules reconstruites fit gaussien de MH  coupure à 2 fit gaussien de MZH  coupure à 2 pT(H) > 100 GeV pT(jj/j) > 50 GeV ( 1 TeV ) 71

Résultats S= 25% B <1% S= 20% B <0.1% S= 13% B <0.0.1% 1 TeV S= 25% L.dt = 300 fb-1 B <1% 1.5 TeV S= 20% B <0.1% 2 TeV S= 13% B <0.0.1% Signal 17.91 Bruit 4.62  3.01 Sign. stat. 5.67 + 1.80 - 0.83 Signal 2.86 Bruit 0.25  0.54 Sign. stat. 2.16 problème de statistique pour le bruit de fond  ajustement +  - 0.51 Signal 0.41 Bruit 0.02  0.19 Sign. stat. indéf. 72

MH = 200 GeV 2ème canal Signal Bruits de fond ZH MH= 200 GeV n Z W H l q 1 ou 2 jets Bruits de fond s.BR (fb) tt  lb(l) lb(l) 3376 WZ  lll 387.6 ZZ  llll 70.5 H  ZZ  llll 46.8 f H  f llll 5.7 qq H  qq llll 2.8 Z H  ll WW  ll qql 2.0 W H  qq ZZ  qq llll 1.3 Z H  ll ZZ  ll qqll 0.2 tt H  lb lb ZZ(llqq) - MH= 200 GeV M(ZH) s.BR (fb) 1000 3.064 1500 0.645 2000 0.145 - 73

hypothèse supplémentaire : Neutrino énergie transverse manquante … solution déterminé inconnue équation du 2nd degré l n pas de solution hypothèse supplémentaire : Pl // Pv W 74

Résultats S= 30% B <1% S= 24% B <1% S= 16% B <0.1% 1 TeV S= 30% L.dt = 300 fb-1 B <1% 1.5 TeV S= 24% B <1% 2 TeV S= 16% B <0.1% Signal 180.51 Bruit 20.80  8.32 Sign. stat. 23.40 + 2.87 - 1.89 Signal 30.64 Bruit 3.93  4.81 Sign. stat. 9.18 +  - 1.84 Signal 4.32 Bruit 1.53  3.57 Sign. stat. 2.12 +  - 0.79 75

MH = 200 GeV 3ème canal Signal Bruits de fond WH MH= 200 GeV n W Z H l q n 1 ou 2 jets Bruits de fond s.BR (fb) tt  lb(l) lb(l) 3376 WZ  lll 387.6 ZZ  llll 70.5 H  ZZ  llll 46.8 f H  f llll 5.7 qq H  qq llll 2.8 Z H  ll WW  ll qql 2.0 W H  qq ZZ  qq llll 1.3 Z H  ll ZZ  ll qqll 0.2 tt H  lb lb ZZ(llqq) - MH= 200 GeV M(WH) s.BR (fb) 1000 2.162 1500 0.468 2000 0.111 - 76

Résultats S= 21% B <1% S= 16% B <1% S= 10% B <1% 1 TeV L.dt = 300 fb-1 B <1% 1.5 TeV S= 16% B <1% 2 TeV S= 10% B <1% Signal 92.40 Bruit 6.60  3.56 Sign. stat. 18.58 + 2.97 - 1.72 Signal 15.59 Bruit 0.72  1.45 Sign. stat. 7.93 +  - 1.66 Signal 2.36 Bruit 0.19  1.19 Sign. stat. 1.81 +  - 0.79 77

Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH Espace des paramètres Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH L.dt = 300 fb-1 mais M(ZH/WH) < 6 TeV large espace non-couvert  78

Reconstruction complète (1) Présentation effectuée au centre de calcul de l'IN2P3 (Lyon) : avec la version 9.0.4 d'Athena (version 10.0.1 préconisée, mais pas prête à temps) avec les paramètres préconisés pour les études de physique du 5ème "ATLAS Physics Workshop" de Rome en juin 2005 10000 événements générés par canal et par masse pas de bruit de fond généré (car demande trop de statistique) Jobs et Temps CPU Nombre de jobs Temps CPU Simulation 1600 24000 heures Numérisation 667 heures Reconstruction 160 444 heures Total 3360 25111 heures 79

Reconstruction complète (2) Signal à MH=120 GeV ZH/WH  Z/W H  qq  1 TeV Complète ATLFAST estimation de la signification statistique xeff. xrésol.  Efficacité 31.6 % Résolution en masse (GeV) 48 Sign. stat. 16.6 Efficacité 14.3 % Résolution en masse (GeV) 36 Sign. stat. 8.6 80

Reconstruction complète (3) Signal 3 à MH=200 GeV WH  W H  l qq ll 1 TeV Complète ATLFAST résolution dégradée par la proximité des leptons et des jets algorithmes de reconstruction des jets à améliorer dans Athena  Efficacité 15.0 % Résolution en masse (GeV) 46 Sign. stat. 18.6 Efficacité 13.9 % Résolution en masse (GeV) 99 Sign. stat. 11.7 81

Conclusion Simulation de la numérisation et du bruit dans le calorimètre électromagnétique chaîne de numérisation et bases de données utilisées de manière standard depuis l'été 2003 outil CaloNoiseTool utilisé dans la reconstruction de manière standard depuis 2004 -) Canaux caractéristiques du Modèle du Petit Higgs observables dans ATLAS après 3 ans à haute luminosité - pour des masses de ZH et WH inférieures à 2 TeV - pour cot  1 82

Bruit en ADC (CTB04) Pré-Echantillonneur Total Incohérent Cohérent 83

Bruit en ADC (CTB04) Avant Total Incohérent Cohérent 84

Bruit en ADC (CTB04) Milieu Total Incohérent Cohérent 85

Bruit en ADC (CTB04) Arrière Total Incohérent Cohérent 86

+ 1er canal Signal MH= 120 GeV WH ZH g g Z H W H M(WH) s.BR (fb) 850 1 ou 2 jets 1 ou 2 jets ZH Z H q g WH W H q g + MH= 120 GeV M(WH) s.BR (fb) 850 1.369 1000 0.684 1500 0.137 2000 0.034 M(ZH) s.BR (fb) 850 0.698 1000 0.349 1500 0.070 2000 0.018 87

Résultats L.dt = 300 fb-1 850 GeV 1 TeV pT () > 300 GeV Signal ZH 73.3 Signal WH 142.2 Bruit H 20.2 Bruit  15.1 Sign. stat. 23.4 Signal ZH 33.0 Signal WH 64.2 Bruit H 8.2 Bruit  4.5 Sign. stat. 16.6 88

Reconstruction inclusive L.dt = 300 fb-1 inclusive 850 GeV 1 TeV pT () > 300 GeV pT () > 400 GeV Signal ZH 120.4 Signal WH 236.4 Bruit H 81.8 Bruit  61.3 Sign. stat. 29.8 Signal ZH 53.5 Signal WH 104.6 Bruit H 30.6 Bruit  16.7 Sign. stat. 23.0 ( 23.4 ) ( 16.6 ) 89

Reconstruction complète (4) Signal 1 à MH=200 GeV ZH  Z H  ll qq ll 1 TeV Complète ATLFAST Efficacité 16.7 % Résolution en masse (GeV) 34 Sign. stat. 5.7 Efficacité 15.0 % Résolution en masse (GeV) 77 Sign. stat. 3.4 90

Reconstruction complète (5) Signal 2 à MH=200 GeV ZH  Z H  ll qq l 1 TeV Complète ATLFAST Efficacité 21.7 % Résolution en masse (GeV) 42 Sign. stat. 23.4 Efficacité 10.8 % Résolution en masse (GeV) 62 Sign. stat. 9.6 91

Autres analyses (1) Quark top lourd T Higgs lourd ++ L.dt = 300 fb-1 MT = 1 TeV (1=2) Signal: TWb Bruit de fond: tt, t, Wbb Signal: dduu++uuW+(l+)W+(l+) Bruit de fond: qqW+(l+)W+(l+), … observable à 5 si MT < 2 TeV (1=2) observable à 5 si v' > 29 GeV 92