Pr é sentation du stage effectu é au LPNHE du 28 Mai au 29 Juin 2007 Participation à l'étude du quark top dans l'expérience ATLAS située sur le collisionneur.

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1 Pr é sentation du stage effectu é au LPNHE du 28 Mai au 29 Juin 2007 Participation à l'étude du quark top dans l'expérience ATLAS située sur le collisionneur protons-protons au LHC Biteau Jonathan1 Responsable de stage: Sophie Trincaz – Duvoid

2 I- Le contexte du stage La physique des particules Le LPNHE Le LHC et ATLAS II- Le travail de mon groupe de recherche La masse du top Le signal La simulation du signal III- Sélection du signal en dileptons avec ATLAS Sélection du signal → W + W - → e e Etudes des électrons avec Z → e e Etudes des muon s avec Z → IV- Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 2 PLAN

3 I- Le contexte du stage La physique des particules Le LPNHE Le LHC et ATLAS II- Le travail de mon groupe de recherche La masse du top Le signal La simulation du signal III- Sélection du signal en dileptons avec ATLAS Sélection du signal → W + W - → e e Etudes des électrons avec Z → e e Etudes des muon s avec Z → IV- Conclusion 2 PLAN Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

4 3 Toute la matière dans l'Univers = petit nombre de constituants de base (stables ou non) régies par quelques forces fondamentales La physique des particules Boson de Higgs: responsable de la masse de toutes les particules Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Etudier les particules massives est possible dans un accélérateur Etudier les collisions = recréer l'environnement des commencements de l'Univers

5 4 ➢ composé de: 62 chercheurs 49 ITA Le LPNHE dépend de: l'IN2P3 (CNRS) Paris 6 et Paris 7 Domaine de compétence du LPNHE: physique des particules cosmologie astroparticules Expériences telles que: ATLASAUGER Le LPNHE Dizaine d'expériences en cours Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

6 5 Large Hadron Collider Collisionneur proton -proton au CERN 27 km de circonférence ATLAS, CMS, ALICE, LHCb Energie 14 TeV (dans le CDM) collisions toutes les 25ns (valeur nominale) Buts majeurs: préciser le MS, découverte du boson de Higgs, physique au delà du MS Fonctionnement en Mai 2008 ATLAS Le LHC Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

7 6 A Toroidal LHC AparatuS 2000 chercheurs, 34 pays 10 ans de fonctionnemment 7000 tonnes 44m de long pour 22m de diamètre Le détecteur ATLAS Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Le détecteur : Zone d'interaction: collisions p-p Détecteur interne Trajectoire et impulsion des particules chargées Calorimètre Electromagnétique Mesure de l'énergie des photons et des électrons Calorimètre Hadronique Mesure de l'énergie des hadrons Spectromètre à Muons Mesure de l'impulsion des muons

8 6 A Toroidal LHC AparatuS 2000 chercheurs, 34 pays 10 ans de fonctionnemment 7000 tonnes 44m de long pour 22m de diamètre Le détecteur ATLAS Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Le détecteur : Zone d'interaction: collisions p-p Détecteur interne Trajectoire et impulsion des particules chargées Calorimètre Electromagnétique Mesure de l'énergie des photons et des électrons Calorimètre Hadronique Mesure de l'énergie des hadrons Spectromètre à Muons Mesure de l'impulsion des muons

9 6 A Toroidal LHC AparatuS 2000 chercheurs, 34 pays 10 ans de fonctionnemment 7000 tonnes 44m de long pour 22m de diamètre Le détecteur ATLAS Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Le détecteur : Zone d'interaction: collisions p-p Détecteur interne Trajectoire et impulsion des particules chargées Calorimètre Electromagnétique Mesure de l'énergie des photons et des électrons Calorimètre Hadronique Mesure de l'énergie des hadrons Spectromètre à Muons Mesure de l'impulsion des muons

10 6 A Toroidal LHC AparatuS 2000 chercheurs, 34 pays 10 ans de fonctionnemment 7000 tonnes 44m de long pour 22m de diamètre Le détecteur ATLAS Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Le détecteur : Zone d'interaction: collisions p-p Détecteur interne Trajectoire et impulsion des particules chargées Calorimètre Electromagnétique Mesure de l'énergie des photons et des électrons Calorimètre Hadronique Mesure de l'énergie des hadrons Spectromètre à Muons Mesure de l'impulsion des muons

11 6 Le détecteur : Zone d'interaction: collisions p-p Détecteur interne Trajectoire et impulsion des particules chargées Calorimètre Electromagnétique Mesure de l'énergie des photons et des électrons Calorimètre Hadronique Mesure de l'énergie des hadrons Spectromètre à Muons Mesure de l'impulsion des muons A Toroidal LHC AparatuS 2000 chercheurs, 34 pays 10 ans de fonctionnemment 7000 tonnes 44m de long pour 22m de diamètre Le détecteur ATLAS Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

12 I- Le contexte du stage La physique des particules Le LPNHE Le LHC et ATLAS II- Le travail de mon groupe de recherche La masse du top Le signal La simulation du signal III- Sélection du signal en dileptons avec ATLAS Sélection du signal → W + W - → e e Etudes des électrons avec Z → e e Etudes des muon s avec Z → IV- Conclusion 7 PLAN Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

13 8 Pourquoi la masse du top ? Découvert en 1995 (nombreuses études restantes) Particule la plus lourde connue (~ noyau d'or) Sa masse et celle du boson W contraignent celle du Higgs Intérêt dans des théories au delà du modèle standard Ce qu'on sait de la masse du top Dernière mesure par le Tevatron ( collisionneur p anti p à 2 TeV ) m t = 170.9 ± 1.8 GeV Le quark top Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

14 9 Leptonique Hadronique ( )=833 pb, 2 par seconde top instable ( = 10 -24 s ), t → W+b Trois possibilités : le canal hadronique (44%) : → W + W - → le canal semileptonique (45%) : → W + W - → l l le canal dileptonique (11%) : → W + W - → l l l l Les divers scénarii Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

15 9 Leptonique Hadronique ( )=833 pb, 2 par seconde top instable ( = 10 -24 s ), t → W+b Trois possibilités : le canal hadronique (44%) : → W + W - → le canal semileptonique (45%) : → W + W - → l l le canal dileptonique (11%) : → W + W - → l l l l Les divers scénarii Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Sélectionné (signature caractéristique)

16 10 Generation MC Truth Simulation Passage dans le detecteur Reconstruction Analyse Simulation du signal Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 A mon arrivée dans le groupe, changement de version de programme de simulation / reconstruction

17 10 Generation MC Truth Simulation Passage dans le detecteur Reconstruction Analyse Simulation du signal Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Données simulées Données réelles A mon arrivée dans le groupe, changement de version de programme de simulation / reconstruction

18 I- Le contexte du stage La physique des particules Le LPNHE Le LHC et ATLAS II- Le travail de mon groupe de recherche La masse du top Le signal La simulation du signal III- Sélection du signal en dileptons avec ATLAS Sélection du signal → W + W - → e e Etudes des électrons avec Z → e e Etudes des muon s avec Z → IV- Conclusion 11 PLAN Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

19 12 Critères: 1 e et 1 bien identifiés et de charges opposées Energie transverse manquante ( ) 2 jets (hadronisation des b) Impulsion totale (particules reconstruites) > 210 GeV/c Coupures supplémentaire sur les jets et les leptons: Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 Etudes supplémentaires sur l'identification des leptons: Muons: Etude de Z → Electrons: Etude de Z → e e Sélection du signal → W + W - → e e Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

20 12 Critères: 1 e et 1 bien identifiés et de charges opposées Energie transverse manquante ( ) 2 jets (hadronisation des b) Impulsion totale (particules reconstruites) > 210 GeV/c Coupures supplémentaire sur les jets et les leptons: Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 Etudes supplémentaires sur l'identification des leptons: Muons: Etude de Z → Electrons: Etude de Z → e e Sélection du signal → W + W - → e e Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 =- ln (tan ( / 2 ))

21 13 Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isEM() Mesure d'efficacité de la coupure isEM() 76 % sur la release 11 63 % sur la release 12 Plus de r éalisme... S é lection de Z → e e Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

22 13 Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isEM() Mesure d'efficacité de la coupure isEM() 76 % sur la release 11 63 % sur la release 12 Plus de r éalisme... S é lection de Z → e e Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

23 14 S é lection de Z → Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isCombinedMuon() matchChi2OverDo F() fitChi2OverDoF() Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

24 14 S é lection de Z → Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isCombinedMuon() matchChi2OverDo F() fitChi2OverDoF() Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

25 14 S é lection de Z → Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isCombinedMuon() matchChi2OverDo F() fitChi2OverDoF() Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

26 14 S é lection de Z → Critères Pt > 20 GeV/c | | < 2.5 isCombinedMuon() matchChi2OverDo F() fitChi2OverDoF() matchChi2OverDoF() < 0,02 : Bruit Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Masse du Z 0 reconstruit MatchChi2OverDoF Masse du Z 0 reconstruit

27 15 Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007

28 15 Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Lepton Jet Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques

29 15 Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Generation MC Truth Simulation Passage dans le detecteur Reconstruction Analyse Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques

30 15 Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques

31 15 Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques

32 15 Conclusion Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 Travail sur l'identification des électrons Travail sur l'identification des muons Raffinement supplémentaire pour les jets possible ( △ R) Problème avec la vérité à résoudre De nombreux problèmes posés durant ce changement de version Constante navigation entre problèmes physiques et informatiques

33 Annexe Jonathan Biteau – Soutenance de stage - 03/07/2007 ANCIENNE VERSION NOUVELLE VERSION ANCIENNE VERSION NOUVELLE VERSIONANCIENNE VERSIONNOUVELLE VERSION