Recherche de résonance top antitop dans les collisions p-p à ATLAS

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1 Recherche de résonance top antitop dans les collisions p-p à ATLAS
Aziz Chafaq Laboratoire de Physique Subatomique et de cosmologie de Grenoble Journées Jeunes Chercheurs 2008

2 Plan La production de paires de quark top au LHC
Modèles à deux doublets de Higgs: le MSSM, production et désintégration des Higgs H/A Reconstruction des paires top-antitop du MS Les résonances H/A du MSSM Conclusion

3 La production de paires de quark top au LHC
Mode de production generator Section efficace de production (Modèle Standard, NLO): σ(pptt) = 833 pb (prod: evts/an à basse luminosité 1033 cm-2s-1) 10% 90%

4 Les désintégrations du quark top
Dans le Modèle Standard: Br(tWb)  100% Seul fermion plus lourd que le boson W± : Durée de vie très courte : top ~ 410-25 s. Le quark top se désintègre avant hadronisation (had ~ 2810-25 s.) Recherche en fonction des produits de désintégration du W Signatures / bruits de fond physique, bruits de fond combinatoire Single Top(S,T,Wt)  AcerMC W+bb  Alpgen W+jets Diboson, WW et WZ  PYTHIA

5 Modèles à deux doublets de Higgs: le MSSM
MSSM = extension minimale en particules du Modèle Standard Pour chaque particule -> superpartenaire • 2 doublets de Higgs – nécessaire pour donner des masses aux particules – pas d’anomalie • Après brisure de la symétrie EW, 5 états physiques: h, H, A, H+ , H- Au niveau de l’arbre 2 paramètres libres: - tanβ - MA

6 Production et désintégration du Higgs H et A
Si MA, MH > 2 M(top), le BR(H/A)->ttbar~1 pour tan(β)~1

7 Stratégie de l’analyse
Présélection des evts contenant un top Reconstruction complète des paires top antitop Reconstruction des W hadroniques Reconstruction des W leptoniques Reconstruction des candidats top leptoniques et hadroniques Sélection des paires top-antitop Sélection des événements avec une paire top-antitop Production de paires top-antitop par le Higgs Potentiel de découverte

8 Un événement ttb+jjb dans ATLAS
Muon Jets hadroniques Energie manquante jet hadronique

9 Un événement tt b+jjb dans ATLAS
Calorimètre hadronique Calorimètre EM Détecteur de traces Détecteur de Vertex Chambres à muons

10 La présélection des événements
Un lepton isolé avec Pt > 25 GeV (pour e ) et Pt > 20 GeV (pour mu ), |η|< 2.5 Une impulsion transverse manquante Met > 20 GeV Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont au moins 2 jets b-tags, |η|< 2.5 Efficacité Trigger Lepton Met >=4Jets >=2btag E+jets 50  0.16% 52.3 0.16% 91  0.11% 36  0.15 % 17  0.1% Mu+jets 58.9 0.13% 70.7  0.14% 91.5  0.1% 31  0.14% 17.2  0.1% L’efficacité en % de Présélection des particules par canal

11 Reconstruction des paires top-antitop (1)
Reconstruction du top hadronique t  W(jj)b : La reconstruction de W hadronique. |M(jj) -MW| min ∆R(j,j)min, Pt(jj) max P(jj) max, E(jj) max ∆R(jj,l) max Top hadronique: Association du W reconstruit avec le jet b le plus proche ∆R(W,b)min. Partie leptonique t  W(l)b : La reconstruction de W leptonique. Pz du neutrino par contrainte M(l,ν) = Mw La reconstruction du Top leptonique. Association du W reconstruit avec le second jet b

12 Reconstruction par sélection des paires top-antitop(2)
Une sélection des particules par la méthode de Choisissant la combinaison qui minimise la fonction d’ajustement.

13 Reconstruction des paires top-antitop (3)
Procédure de reconstruction du Pz du neutrino Imposant que la masse invariante du système lepton-neutrino = MW Deux solutions peuvent être obtenues en résolvant une équation du second degré > environ 30% des cas, pas de solution réelle [El+(Pt)2+(Pz)2]2-(Pxl+ Px )2-(Pyl+ Py )2-(Pzl+ Pz )2=Mw2 70% 30%

14 Reconstruction des paires top-antitop (4)
Deux méthodes pour récupérer les 30% des cas. - (1) En gardant que la partie réelle PR. - (2) En Modifiant la valeur de l'énergie transverse manquante par un pas de 1% jusqu'à ce q'une solution soit trouvée CMET. Gardant la solution de plus petit Pz de neutrino, (parce que en 60% des cas la solution minimale donne des meilleurs résultats) (masse plus proche à la masse du Top Red (1)‏ Blue (2)‏

15 Efficacité de reconstruction des top-antitop (1)
∆R(j,j) min |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 60<Mw<100 (%) 32 35 25.5 22.4 19.3 20.24 Pureté 65 63.3 66.5 63.7 65.4 65.8 Mt-had in [140,210]GeV 33.1 27 25.1 24.35 36 58.2 57.5 58.7 54.3 54 52.6 57 Mt-lep in [140,210] GeV PR 66.8 66.6 66.1 65.6 66.85 67.2 54.7 54.5 54.4 53.5 53.3 53.8 CMET 71.2 71.1 70.4 70 71.23 71.6 58 57.6 57.3 Partie réelle : PR Correction MET : CMET

16 Efficacité de reconstruction des top-antitop (2)
∆R(j,j) max |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 Mtt in [350,750] GeV PR (%) 56.4 57.7 50 48.4 45.5 48 58.6 Pureté <0.4 25 24.8 23.6 21.1 20.5 20.7 <0.7 36.6 36.7 34.7 31.5 31.1 31.6 CMET 57.5 58.8 50.7 49.5 46.5 49.2 59.7 25.4 24 21.4 25.6 36.8 34.6 31.4 31 36.9

17 Efficacité totale de sélection top-anti-top (3)
∆R(j,j) min |M(jj) -MW| min Pt(jj) max P(jj) max E(jj) max ∆R(jj,l) max Chi2 Efficacité Totale % PR 3.99 4.7 2.27 1.8 1.3 1.6 4.54 CMET 4.34 5.12 2.5 1.95 1.4 1.73 4.92 les méthodes les plus efficace sont ∆R(j,j)min, |M(jj) -MW| min et Chi2

18 Reconstruction des top antitop avec 0, 1 btag
La reconstruction par la méthode de chi2, des événements ttbar ayant au moins 2 jets de b identifient, un seul jet de b, ainsi que les  événements sans jet beaux identifies. Présélection des événements - Un lepton isolé avec Pt > 25 GeV (pour e ) et Pt > 20 GeV (pour mu ), |η|< 2.5 - Une impulsion transverse manquante Met > 20 GeV 2btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont au moins 2 jets b-tags, |η|< 2.5 1btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, dont exactement 1 jets b-tags, |η|<2.5 0btag : - Aux moins 4 jets d’impulsion transverse Pt > 40 GeV, sans b-tags

19 Efficacité totale et la significance
L’efficacité totale de la reconstruction du résonance ttbar du MS Le S/B et la significance de la résonance ttbar du MS dans la fenêtre [350,750] pour une luminosité de 1 fb-1 Chi2 + 2btag Chi2 + 1btag Chi2 + 0btag (%) PR 4.54 5.85 11.88 CMET 4.92 6.4 12.7 Chi2 + 2btag 1btag 0btag S/B 3.83±0.13 3.23±0.08 2.5±0.05 S/B 151  174  210 

20 Distribution Mttbar pour 1 fb-1
1btag 2btag Spectre de masse du ttbar 0btag

21 Distribution Mthad pour 1 fb-1
2btag 1btag Spectre de masse du top hadronique 0btag

22 Distribution Mtlep pour 1 fb-1
2btag 1btag Spectre de masse du top leptonique 0btag

23 Distribution MW pour 1 fb-1
2btag 1btag Spectre de masse du W hadronique 0btag

24 Les résonances H/A du MSSM
Masse(A) En GeV 360 260<M<460 400 300<M<500 450 350<M<550 500 400<M<600 550 450<M<650 600 500<M<700 tan= 0.5 S/B 0.18±0.03 0.065±0.01 0.1±0.01 0.053± 0.04±0.004 0.03±0.002 S/B 4.3  2.32  3.83  2.5  2.12  1.53  tanβ =2 0,011±0,002 0,0092±0,0 015 0,006±0,00 08 0,005±0,00 05 0,0018±0,00 024 0,002±0,00017 0.33  0.24  0.2  0.09  0.12  =10 4e-5±5,7e-6 7e-5±9,4e-6 6e-5±7e-6 6e-5±5,6e-6 4,6e-5±4e-6 2e-5±2e-6 0.001    0.003   =35 2e-6±4e-7 3e-6±5e-7 2,5e-6±3e-7 3e-6±3,6e-7 1,4e-6±1e-7 9,7e-7±7,5e-8 6e-5  1.1e-4  1e-4  5,7e-5  5,5e-5  Le S/B et la significance de la résonance H/A du MSSM dans une fenêtre ± 100GeV pour une luminosité de 1 fb-1

25 Résultats préliminaires

26 Conclusion Le quark top au LHC
 mode de production par paires, dans le canal lepton+jets Présélection et reconstruction des paires Diverses techniques : reconstruction des W jj, W lv, tlWb et tHWb Reconstruction en identifiant 2 jets de b Optimisation des techniques Mesure des performances (efficacité, pureté) Sélection des paires top-antitop Méthode de chi2 Extension de la sélection des paires Reconstruction avec 1 ou 0 jet de b Mesure des performances obtenues pour 1 fb-1 …et le Higgs dans tout ça ? Nombre de signal attendus Sensibilité des analyses

27 Performance de la reconstruction
Définition de la Pureté Particule vraie (MC truth) vs particule reconstruite Localisée à moins de R < 0.4 ∆R entre le wlep vrai et le wlep reconstruit ∆R entre le whad vrai et le whad reconstruit ∆R entre le top had vrai et le top h reconstruit ∆R entre le top lep vrai et le top lep reconstruit

28 BACKUP L’efficacité et la pureté en % de la reconstruction des particules en fonctions, l’erreur statistique est de l’ordre de 1. Chi2+2btag Chi2+1btag Chi2+0btag 60<Mw<100 Efficacité 32 50.1 66 Pureté 65.8 53.4 38.5 140<Mth<210 36 41.8 48.1 57 51.3 50.7 140<Mtl<210 PR 67.2 52.4 58.5 54.4 47.7 46.5 CMET 71.6 55.6 61.4 ∆R(r,v)<0.4 58 52.14 51.5

29 Chi2+2btag Chi2+1btag Chi2+0btag 350<Mtt<750 Partie réelle Efficacité 58.6 52.1 64 Pureté ∆R(r,v)<0.4 25 20 20.2 ∆R(r,v)<0.7 36.7 31.1 32.4 Modifiant Met 59.7 54.5 65 25.6 21.3 21.6 36.9 32.22 32.23

30 Process σ(pb) ttbar 833 ## Single top STs 10.65 STt 246.6 STWt 66
## W bb*2.6 Wbb0j Wbb1j Wbb2j Wbb3j ## di-bosons WW WZ ## W + jets*1.15 Wenu0j Wenu1j Wenu2j Wenu3j Wenu4j Wenu5j Wmunu0j Wmunu1j Wmunu2j Wmunu3j Wmunu4j Wmunu5j Wtaunu0j Wtaunu1j Wtaunu2j Wtaunu3j Wtaunu4j Wtaunu5j