Reconstruction combinée des muons dans ATLAS Samira Hassani DAPNIA / SPP Combinaison des traces Identification des muons de bas Pt Performances et résultats

Reconstruction des muons En traversant le détecteur Atlas, un muon est détecté dans : 2 systèmes de reconstruction de traces avec une grande précision : le trajectographe interne et le spectromètre à muons Les calorimètres Les trois systèmes fournissent des signaux pouvant servir à la mesure ou à l’identification CSC MDT RPC TGC Syst performant à grand pT ● B E perdue dans le Calo> 3GeV ID performant pour les bas pT B Champ Solénoïdal Champ toroïdal inhomogène

Qu’est ce qu’on peut combiner ? Identification des  de bas pT Combinaison des traces Segments Trace Système + + E perdue dans le Calo Trace ID + Trace ID Aspects importants : alignement Système / ID , Précision de mesure de E perdue dans les calorimètres Echelle d’énergie du ID et du Système

Combinaison des traces La combinaison des mesures effectuées dans le système à muons avec celles du trajectographe interne : - améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV - permet la rejection des muons provenant des interactions secondaires et ceux résultant de la désintégration en vol des , STACO : COmbinaison STAtistique des Traces mesurées indépendamment dans le trajectographe interne et le spectromètre à muons 27/03/2006 Samira Hassani

STACO : Propagation de la trace au périgée La trace est reconstruite dans le ID par des algorithmes dédiés au périgée La trace reconstruite dans le Système à muons est retro-propagée vers le faisceau Les effets des diffusions multiples et des fluctuations de l’énergie perdue dans les calorimètres sont pris en compte dans la propagation de la matrice de covariance La combinaison des traces est acceptée si le 2 global est inférieur à une certaine valeur maximale 27/03/2006 Samira Hassani

Propagation de la trace au périgée dans le Combined Test Beam mean=20.3 ± 0.6 σ = 43.7 ± 0.7 Impact Parameter at Perigee (mm) Offset = 0.31 ± 0.68 Slope = 1.02 ± 0.06 Z (ID) mm Z (MS) mm Extrapolation des traces des chambres à muons au périgée sur une distance de ≈40 m marche La corrélation entre la coordonnée Z de la trace retro-propagée au perigée et celle du ID au périgée montre que la pente est égale à 1

Résultats de STACO Z 2 (DC3) Single Muon (DC1) σ = 2.77 ± 0.08 pT(GeV) (%) ID seul σ = 2.77 ± 0.08 Système seul σ = 3.60 ± 0.05 σ = 2.46 ± 0.03 STACO STACO améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV STACO améliore la résolution en masse du Z par ~10% (~30%) par rapport au ID seul (Système seul)

Identification des muons de bas Pt pT(GeV) L’efficacité de reconstruction et de combinaison décroît très rapidement à bas pT La reconstruction précise des muons de bas pT dans un champ magnétique très inhomogène est délicate Beaucoup de muons sortent des calorimètres avec une très faible énergie et ne peuvent pas atteindre les stations « medium » ou « outer », ou ne sortent pas du tout

MuTag : Identification des muons de bas Pt MuTag est un nouvel algorithme qui a été développé en Juillet 2005 Principe de la méthode : Commencer à partir des traces ID reconstruite au périgée Extrapoler ces traces aux segments reconstruites dans les stations internes (BIx, EIx) ( les segments sont des quantité reconstruite et non seulement une collection de hits) Essayer d’associer les traces ID avec des segments qui n’ont pas déjà été assosiés à une trace combinée Appliquer des coupures supplémentaires sur la qualité des segments Stations Internes

Association en : ID - Segment Une simple extrapolation est utilisée MS predicted = ID + f( ID )/ pT 1.2 <|η| < 2 |η| < 1.2 14 mrad 70 mrad  .pT absence de la seconde coordonnée dans les stations internes une faible contrainte dans l’association des segments aux traces ID Présence des TGC => 2nd coordonnée dans les stations internes

Association  : ID - Segment |η| < 1.2 1.2 <|η| < 2 .p (mrad.GeV) à pT = 5 GeV Une extrapolation simple :  extrapolé =  ID La trace est tagguée si : | MS predicted - MS|/ <3 et |  MS Predicted - MS|/ <3 27/03/2006 Samira Hassani

Rejection de MuTag Lumi05.sf01 Single μ (PT = 11 GeV) Une rejection > 930 est obtenue dans un environnement de bruit

Performances de MuTag pT(GeV) Efficiency Efficiency  Lumi00.sf00 samples Efficiency Efficiency 11 GeV 9 GeV ◦ MuTag □ Muonboy ● STACO 7 GeV 5 GeV pT(GeV)  MuTag améliore l’efficacité d’identification jusqu’à 96% dans l’intervalle 5 < pT < 1000 GeV (MuTag n’est pas restreint au bas pT uniquement) L’efficacité de MuTag est complémentaire à celle de STACO MuTag comble le déficit d’efficacité dans le barrel mais il reste encore un trou à η~1.3

Extrapolation aux chambres Medium Avant extrapolation Après extrapolation EOL EML EEL EIL =1.3 =1 Le déficit en efficacité à η~1.3 est dû à l’absence des chambres EEL et à la non-couverture totale en φ des EIL L’extrapolation des traces ID aux chambres medium permet de combler le trou à η ~1.3 Mais, il reste à estimer les fausses traces. Eventuellement, on peut utiliser l’information de l’énergie déposée dans les tuiles pour réduire les traces fantômes

Quelques mots de software STACO / MuTag sont complètement intégrés dans le software d’ATLAS STACO / MuTag utilisent en entrées les “common tracking tool ” et produisent des ESD en sortie StacoCombinedMuon STACO(ID+MS) MS pour 2.5< <2.7 StacoCombinedMuonLowPt MuTag tracks (|η| <2.5) MboyCombinedMuon Reconstruction Standalone AOD Enlever les intersections Tag Muonboy / STACO/ MuTag sont actuellement dans le Tag par défaut jusqu’à nouvel ordre

Les autres algorithmes Muid/MuidLowPt Muid : fit global de la trace du muons en utilisant les hits mesurés séparément par les deux sous-détecteurs ID et Système à muons lors de la reconstruction standalone MuidLowPt : les traces sont extrapolées aux chambres du Système à muons (MDT,RPC,CSC), et leurs hits sont associés à la trace ID selon leurs proximité en  et  Comparaison entre STACO/Muid et MuTag /MuidLowPt Exemple: l’analyse Higgs->4 μ STACO est 10% plus efficace que Muid (2.2% par muon) La fraction de fake muons : MuTag (0.9%) et MuidLowPt (5.6%) STACO est decalé de ~0.5 GeV par rapport à la masse simulée alors que MuId est OK. Ceci est dû à la parémétrisation de l’énergie perdue dans le calo. On travaille pour résoudre ce problème.

Conclusion STACO et MuTag marchent très bien et donnent les meilleures performances dans les différentes analyses La procédure de rétro-propagation a été testée avec succès avec les données du test beam L’utilisation de l’énergie mesurée dans les calorimètres est en cours de développement Nos algorithmes seront testées et affinées en vue des conditions réalistes du démarrage du LHC 27/03/2006 Samira Hassani