Reconstruction dévénements e + e - t tbar pour lILD Philippe Doublet – LAL Réunion du groupe ILC, 14 septembre 2010.

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1 Reconstruction dévénements e + e - t tbar pour lILD Philippe Doublet – LAL Réunion du groupe ILC, 14 septembre 2010

2 Introduction Le quark top – Quark le plus lourd : mesure de m top = 174 GeV – Section efficace σ(e + e - tt ) = 500 fb – Asymétries (avant-arrière, gauche-droite) modèles de dimensions supplémentaires ILD – Tracker σ(p T )/p T ² 2 x 10 -5 GeV -1 – Calorimètres 15%/E (ECAL) et 60%/E (HCAL) – Utilisation du Particle Flow pour améliorer la résolution sur les jets à σ E /E ~ 3 – 4%

3 Reconstruction Jutilise tous les softwares ILD de la LOI ainsi que les données reconstruites à ce moment Particules MC Simulation complète avec digitisation (Mokka) Reconstruction (Marlin) – Algorithme de Particle Flow : PandoraPFA – Jet Clustering – B (et C) tagging (réseau de neurones – neural net) Létude a été faite par un groupe à Munich : – σ(m top ) = 140 MeV (erreur statistique – canal SL)

4 Le canal semileptonique t bW ( ~ 100% ) e + e - tt (bW)(bW) (bqq)(blv) – On sintéresse au canal semileptonique (i.e. un W se désintègre en leptons, lautre donne des jets) – σ(tt SL) = 145 fb – Environnement simple : 1 lepton énergétique, 2 jets de b, 2 jets qui forment un W Le lepton donne des informations sur le top (charge et distribution angulaire)

5 Bruits de fond qq (12000 fb): pas de lepton, sinon m had. = m W WW (qq)(lv) (4700 fb): m had. = m W WW (qq)(qq) (3800 fb): pas de lepton, m had. = 500 GeV ZZ (bb)(ll) (3800 fb): m bb = m Z, E top E faisceau tt bbqqqq (231 fb): pas de lepton, m had. = 500 GeV ZWW (bb)(qq)(lv) (~50 fb): m bb = m Z, E top E faisceau Résultats du groupe Munichois (méthode de vraisemblance) – 87.5% defficacité pour le signal – 99.8% de réjection du bruit – ZWW toujours inclus dans leur signal

6 Etude de la reconstruction But : comprendre les différents aspects de lidentification dun événement top – Mesure et identification du lepton – B tagging Au niveau des générateurs (Whizard) : accès seulement à létat final en fermions i.e. bbqqlv identique à ZWW (bb)(qq)(lv) – A séparer en utilisant au niveau MC les masses du système bb et des deux tops reconstruits

7 Plan Séparation tt / ZWW Etude sur la mesure des traces chargées Sélection du lepton Etude du b tagging dans lenvironnement semileptonique Etude supplémentaire des photons ISR : quel est leur effet ?

8 Séparation tt / ZWW (1/3) Dorigine, le générateur (Whizard) donne des états finaux de fermions (p.ex. µµ, cssc, …) Donc tt [ (bW)(bW) ] bbqqlv dans notre cas (q=u,d,s,c et l=e,µ,τ) Mais ZWW (bb)WW existe et est inclus dans ces fichiers, a priori le b.d.f. le plus difficile à supprimer sur tt Il faut séparer les deux process en utilisant p.ex. M bb = M Z

9 Séparation tt /ZWW (2/3) Zones de coupure : |m-m top |< 5 x Γ top ou R < 15 x Γ top (m top = 174 GeV et Γ top = 1.51 GeV )

10 Séparation tt / ZWW (3/3) Pic du Z bien visible (Unités toutes en GeV)

11 Etude de la mesure des traces chargées On veut trouver un lepton, il faut quil soit bien mesuré Critère sur ΔP / P² ? Les LOIs ne donnent que p T – σ(p T )/p T ² 2 x 10 -5 GeV -1 (si p grand) – σ(p T )/p T ² 2 x 10 -5 GeV -1 (+) 10 -3 / p T sinθ (sinon) Jai 3 formules différentes pour calculer ΔP – Celles de Mark Thomson (uniquement p T ), Hengne (à revoir) et la mienne (ΔP en utilisant seulement p T et tan λ, langle de dérive)

12 Mesure des traces chargées Hengne : Prend en compte lerreur de position initial de la trace : utile pour p ? Philippe : Utilise seulement p T et tan λ Coupure de Hengne

13 Sélection du lepton Premier critère : le lepton le plus énergétique – Sil ny en a pas à moins de 10 GeV Second critère : le lepton ayant le plus grand pT dans le jet le plus proche ou la fraction dénergie emportée E lepton /E jet > 0.8 A améliorer : supprimer les leptons de decays semileptoniques des B dabord puis lancer la recherche sur les leptons restants Calculer les efficacités et puretés didentification des leptons dans cet environnement

14 ΔE et Cos θ Différences en énergies et angles entre le lepton reconstruit et le lepton MC par rapport aux valeurs du lepton MC Energie : 80% des leptons à 5 GeV près Corrélation des leptons pas trouvés Problème à basse énergie : énergie du lepton reconstruit trop grande on a certainement pris un lepton dun decay de B Problème à plus haute énergie : énergie du lepton reconstruit trop faible impulsion mal mesurée : trop grand ΔP/P² ? Cos θ : les leptons « manqués » sont partis dans le beampipe ou ont été mal mesurés par le disque central

15 B tagging But : comprendre ensuite les performances du b tagging Une fois le lepton trouvé, on le retire et on crée les jets en forçant à 4 leur nombre Puis on applique le neural net développé pour le b tagging et on regarde le b tag associé à chaque jet (dont on sait par la table MC quil est dun B ou léger)

16 Constats sur le b tagging 43% des vrais jets de B ont un b tag < 0.8 Surtout pour le deuxième jet de plus haut b tag Rouge : vrai jet de B, noir : jet léger Jet de plus haut b tag Jet de second plus haut b tag Impuretés Inefficacités

17 Quelles sont les entrées du neural net qui donnent ces mauvais résultats ? Pour des vrais jets de B, on compare ceux qui ont un b tag > 0.8 et < 0.8

18 Conclusion partielle sur le b tagging Les jets de B mal taggés ont – Un nombre moins important de traces, donc de vertex secondaires – Une mesure moins bonne de leur temps de vol – Une énergie plus faible que les jets de B Cela vient des B se désintégrant semileptoniquement : on perd le neutrino – Il se peut en plus que le lepton identifié avant soit celui du B, ce qui réduit encore le nombre de traces

19 Etude bonus : les photons ISR Quels sont les photons que lon reconstruit dans le détecteur ? On reconstruit 15% de photons Les photons difficiles à retrouver sont ceux dans le beampipe 83% des photons MC ont cos θ > 0.99 92% des photons reconstruits le sont à 5 GeV près E vs Cos θ pour le photon MC

20 Conclusion et perspectives Lanalyse est bien lancée, maintenant il faut laméliorer : – Bonne sélection du lepton – Bonne compréhension du b tagging Pour lECFA (fin octobre à Genêve) : lanalyse sur tous les événements de lILD doit être prête avec des valeurs pour m top et la section efficace semileptonique mesurées