Reconstruction des paires (tt) Anne-Isabelle ETIENVRE, et masse du quark top Anne-Isabelle ETIENVRE, Jean-Pierre MEYER, Jérôme SCHWINDLING DAPNIA-Saclay 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Une mesure précise de la masse du quark top : motivations Les observables électrofaibles dépendent fortement de la valeur de la masse du top (via les corrections radiatives) Haute précision sur mt requise pour: des tests de précision du Modèle Standard contraintes sur la masse du boson de Higgs au sein du Modèle Standard grande sensibilité à la physique au-delà Actuellement (Tevatron) : mt = 172.0 ± 2.7 GeV/c2 mH < 186 GeV/c2 (95% C.L.) Qu’apporterait Dmt ~ 1 GeV/c2 ? Si dmW = 15 MeV/c2 , mtop = 175 GeV/c2 et pour les valeurs actuelles de Da, (mH/mH  32%)  Si dmW = 15 MeV/c2 et Da = 0.00012, (mH/mH  25%) 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Statistiques attendues @ LHC Prise de données Luminosité (cm-2s-1) Luminosité intégrée (fb-1) Nombre d’événements inclusifs tt Démarrage (été 2007) 1032 10 jours : 0.1 ≈ 80 000 Basse luminosité (2008) 1033 100 jours : 10 ≈ 8 000 000 Haute luminosité (2010) 1034 100 jours : 100 ≈ 80 000 000 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Plan Le canal lepton + jets Reconstruction du côté hadronique principe mesure de la masse comparaison des générateurs calibration des jets légers estimation des erreurs systématiques Reconstruction du côté leptonique Pour plus de détails: ATL-COM- 2005-002 Etudes utilisant des événements « de Rome » (tt non inclusif) Analyses basées sur les AOD 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Le canal (lepton + jets) : caractéristiques 2.5 Millions/an @ basse luminosité Principaux bruits de fond Sélection des événements Processus s (pb) Signal 250 bb  ln + jets 2.2 106 W + jets  ln + jets 7.8 103 Z + jets  l+l- + jets 1.2 103 WW  ln + jets 17.1 WZ  ln + jets 3.4 ZZ  l+l- + jets 9.2 Avant toute coupure, S/B ≈ 10-4 Sélection du lepton 1 lepton reconstruit (e, µ) isolé, PT (lepton) > 20 GeV/c , |h| < 2.5 ETmiss > 20 GeV Précalibration de l’énergie des jets (à mieux que 1 %) Sélection des jets  2 jets b , PT > 40 GeV/c, |h| < 2.5   2 light-jets, PT > 40 GeV/c, |h| < 2.5 Après sélection, S/B ≈ 30 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique Masse invariante mjj pour les événements avec seulement 2 jets légers: Choix de la paire de jets légers et étalonnage en énergie:  2 basé sur M(W) :  Minimisation du 2  choix de la paire de jets légers (j1, j2) et détermination des facteurs de calibration (a1,a2)  Reconstruction du W hadronique, gardé comme candidat si | M(W) – 80.4 |  2 sW Sélection des candidats W hadroniques dans une fenêtre en masse de ± 5 sjj autour de <mjj> <Mjj> = 79.6 ± 0.4 GeV/c2 sjj = 8.8 ± 0.5 GeV/c2 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique Mesure de la masse:  association W – b : jet b donnant le top de plus grand PT  Reconstruction de la masse du quark top résultant : ATLAS (MC@NLO and full sim.) Pour une masse du top générée = 175 GeV/c2 : M(top) = 176.1 ± 0.6 GeV/c2 s(top) = 11.9 ± 0.7 GeV/c2 Erreur statistique pour 10 fb-1 : 0.05 GeV/c2 Mauvais W Mauvais b Caveat : contamination attendue due à des événements tt  jjb jjb 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique 64000 events @ 10 fb-1 Performances Efficacité (%) (/ événements semileptoniques Pureté W (%) Pureté b(%) Pureté top (%) Fenêtre complète 2.70 ± 0.05 56.0 ± 0.9 63.2 ± 0.9 40.5 ± 0.9 ± 3 s(Mtop) 1.82 ± 0.04 69.1 ± 0.8 75.8 ± 0.8 58.6 ± 0.8 Bonne linéarité de la méthode Masse reconstruite Masse générée 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique Contribution négligeable du bruit de fond dominant (W + jets) à la mesure de la masse: W + 4 jets Signal seul : M(top) = 176.1 ± 0.6 GeV/c2 s = 11.9 ± 0.7 GeV/c2 Signal + bdf: M(top) = 176.2 ± 0.6 GeV/c2 s = 12.1 ± 0.7 GeV/c2 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique Comparaison des générateurs: MC@NLO % TopRex (CBNT) PT (lepton) (GeV/c) Multiplicité des jets PT (jet de plus haut PT) (GeV/c) MC@NLO (CBNT) : M(top) = 175.5 ± 0.6 GeV/c2 s (top) = 12.8 ± 0.7 GeV/c2 TopReX (CBNT): M(top) = 175.8 ± 0.6 GeV/c2 s (top) = 12.4 ± 0.7 GeV/c2 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté hadronique Compréhension de la calibration des jets légers (Méthode développée pour Z  ee) Génération de « templates » mjj à partir de W  qq PYTHIA avec ensembles de (échelle d’énergie a, résolution b) c2 (template – données) minimum  Fit simultané de a et b Résultats avec données = 100 fb-1 PYTHIA a global à 0.6 % avec 500 pb-1 a en fonction de E (bins 20 GeV) permet aussi de retrouver la résolution en fonction de E (b reconstruit = b injecté) Résultats avec données = Rome (500 pb-1) a attendu ~ 0.96 – 0.97 a fitté = 0.960 ± 0.005 b trop grand  à comprendre 3 templates (parmi quelques milliers) Qualité du fit de a (en fonction de l’énergie) a injecté 1% a reconstruit Echelle d’énergie attendue 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006 Ejet / Equark

Reconstruction du côté hadronique Erreurs systématiques Source d’erreur Mtop (GeV/c2) Echelle d’énergie des jets légers (1 %) 0.2 Echelle d’énergie des jets b (1 %) 0.7 Fragmentation des quarks b 0.1 ISR FSR 1. Bdf combinatoire Total 1.3 Erreur statistique 0.05 Chiffres datant du TDR (simulation rapide) Fragmentation des quarks b : erreur estimée en changeant le paramètre de Peterson (-0.006 ) à l’intérieur de son incertitude (0.0025)  ISR, FSR : erreur estimée comme 20% de |mt(ISR,FSR - on) - mt(ISR,FSR - off) | 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté leptonique Idée : utiliser pleinement le côté leptonique (réduction de la combinatoire,…) Reconstruction du neutrino: pT (n): hypothèse : ETmiss = pT (n) approximation : désintégrations leptoniques (b,c) non prises en compte + problèmes dans la reconstruction de ETmiss dans les événements de Rome  pz(n) : M(W) = 80.4 = M(ln)  Résolution d’une équation du second degré en pz(n)  33 % des cas : pas de solution  sinon, 2 valeurs de pz(n) Pxmiss,reco – px(MC neutrino) Dpx = 0.15 ± 0.05 s = 17.60 ± 0.05 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Reconstruction du côté leptonique Reconstruction des masses des 2 quarks top: Pour chaque paire (jet b 1, jet b 2),  calcul de Dm = mtop(hadronique) – mtop (leptonique)  associations (W,b) des 2 côtés: celles qui minimisent Dm Pureté du b : 63.5 % côté hadronique, 65.2 % côté leptonique  gain faible / utilisation du côté hadronique seul  mais améliorations possibles (fit cinématique, ETmiss mieux comprise,…) Pour une masse du top générée = 175 GeV/c2 : M(top) = 174.1 ± 0.6 GeV/c2 s(top) = 14.6 ± 0.7 GeV/c2 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006

Conclusion et perspectives Mesure de la masse du top dans le canal lepton + jets :  erreur statistique négligeable, très rapidement  une précision de 1 GeV/c2 sera atteinte au LHC  compréhension de certaines erreurs systématiques (FSR) à parfaire  exploitation du côté leptonique à développer Autres canaux de mesure :  di-leptons : mesure indirecte, faible statistique, mais canal très pur  hadronique : bruit de fond QCD important  sensibilité distincte aux différentes sources d’erreurs systématiques Il sera utile et fiable de croiser les différentes méthodes 29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006