Martina Schäfer 1 Etude du boson Z de KK dans le canal Z e + e - dans lexpérience Martina Schäfer GDR-Susy 5-7 juillet 2004 travail préparé au.

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1 Martina Schäfer 1 Etude du boson Z de KK dans le canal Z e + e - dans lexpérience ATLAS@LHC Martina Schäfer GDR-Susy 5-7 juillet 2004 travail préparé au LPSC sous la direction de: F.Ledroit (LPSC-Grenoble) pour lobtention du DEIR et Th.Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit F.Ledroit (LPSC-Grenoble) pour lobtention du DEIR et Th.Müller (Universität Karlsruhe) pour le Diplomarbeit IEKP

2 Martina Schäfer 2 ûAtlas ûZ de Kaluza-Klein ûDonnées utilisés ûCinématiques ûDY et linterférence ûBruit de fond physique ûLargeur totale ûSection efficace leptonique ûAsymétries A_FB ûSimulation complète ûRésumé Variables discriminantes

3 3 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer ATLAS (1) ATLAS CMS LHCb physique du B violation CP ALICE ions lourds quark-gluon plasma nombreux domaines

4 4 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer largeur: ~40m rayon: ~10m poids: ~ 7000 t canaux électriques: ~10 8 cables: ~3000 km calorimètre électromagnétique ECAL identification électron/photon excellente bonne résolution en E ATLAS (2) chambres à muons réponse rapide pour le trigger bonne résolution en p calorimètre hadronique HCAL bonne performance pour les jets et E T manquante détecteur interne ID détecteur de traces à haute efficacité haute précision sur le paramètre dimpact comparaison

5 5 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Z de KK Z(KK): dimensions supplémentaires, Kaluza-Klein «fermions confinés sur une 3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes «ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S 1 /Z², tous les fermions sur le même « orbifold point » «tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M² n =(nM c )²+M 0 ², M c échelle de compactification, M 0 masse du boson de jauge habituel «limite de découverte actuelle (indirecte par des mesures électrofaibles SI boson de Higgs léger + dans le bulk) M 4TeV n=1 n=2 n=3 n=4 M C =1TeV Autres modèles de Z: SSM E6 Left-right symmetric …

6 6 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer ola forme BW complète est incluse pour le photon et le Z et leurs 2 premières résonances oles masses et couplages sont définis, les largeurs calculées oles autres résonances sont resommées oles éléments de matrice sont interfacés avec Pythia, Pythia est utilisé pour le QCDshowering des quarks initiaux et lhadronisation (PDF: default, CTEQ5L) Données utilisées objectif: étude des variables discriminantes ûcanal Z e + e - ûgénération avec Pythia «Z(KK) « user defined extern process » in Pythia (T.Rizzo, G.Azuelos) «Z(KK) à 4TeV et très brièvement à 1.5TeV (cross-check) «Z(autres modèles) à 1.5TeV et 4TeV avec la structure dinterférence complète (DY) «sans ISR/FSR, coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV ûsimulation complète «Z(KK) à 4TeV en cours «Z(autres modèles) à 1.5TeV (4TeV en cours) avec DY «avec ISR/FSR, coupure CKIN(1) = 500GeV ûbasse luminosité (sans pile-up) SN-ATLAS-2003-023 G.Azuelos, G.Polesello

7 7 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Cinématiques pour le KK à 4TeV p T du e - e + | | des e - et e + = (e -,e + ) au labo p z du Z

8 8 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer DY et linterférence linterférence pour le SSM M ll (GeV) avec int. M ll (GeV) DY destructif ! /GeV linterférence pour le Z(KK) M ll (GeV) avec int. M ll (GeV) DY+Z plus mince /GeV plus large

9 9 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Bruit de fond à 4 TeV, génération Mll/GeV Signal très propre, facile à mettre en évidence à 4TeV, avec B=DY, 1année de haute luminosité (100fb -1 ) SB SSM250.3 KK 230-- bb p T (e) << 50GeV

10 10 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Variables discriminantes Largeur totale Largeur totale Section efficace Section efficace Asymétries Asymétries au niveau de la génération et à 4TeV

11 11 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Largeur totale (1) fit pour la largeur totale exp (DY) BW BW*exp+exp ±4 pic DY luminosité des partons + interférence /GeV exemple: modèle Z(eta) à 1.5 TeV KK: sans lexp pour le DY

12 12 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Largeur totale (2) résultats à 4TeV /GeV Fit (GeV) Theo. (GeV) SSM121.9 0.8 119.2 24.7 0.3 21.2 30.0 0.3 25.2 51.1 0.2 46.8 LR88.0 0.6 81.6 KK180.0 1.2 à 1.5TeV: =66.5 0.4GeV bon accord, /M=0.045 à 4TeV et /M=0.044 à 1.5TeV linéaire en M

13 13 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Largeur totale (3) Z(KK) résonances: superposition de (n) et de Z (n) fit par (BW+BW)*exp dans le générateur (pour M=4TeV): ( (1) ) = 169.70GeV (Z (1) ) = 241.95GeV résultat du fit (pour M=4TeV): (dans lhypothèse ( (n) ) / (Z (n) )=const. et connu) ( (1) ) = 166.4 1.4GeV (Z (1) ) = 236.2 2.0GeV

14 14 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Section efficace ûcalculée à partir de «la luminosité (section efficace de Pythia) «le nombre dévénements dans le pic sans le DY «dans 4 «acceptance 1 (génération) «en accord avec Pythia « * ( décroissances exotiques du Z) (fb) * (GeV fb) SSM0.25 0.001 30.7 0.2 KK2.3 0.01 415 3.2 KK à 1.5TeV: =615fb

15 15 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Avant/Arrière (1) ûdans collisions pp il ny a pas de direction avant/arrière naturelle direction du q avant «direction du q approximée par la direction du Z (le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que lantiquark de la mer) «dans 25% des cas faux «lapproximation est meilleure à haute rapidité Y du Z % des evts avec la fausse direction du q |Y| > 0.8: 10% faux

16 16 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Avant/Arrière (2) * = (e -,z-axis) * = (e -,q) * = (e -,Z) distribution cos * dans le repère du Z: ûcos * est symétrique ûcos * est asymétrique A(true) ûcos * : perte de lasymétrie A(obs)

17 17 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB (1) en fonction de M vraie direction du quark fit comptage or conclusion: Accord entre le fit et le comptage. A_FB(M)=(N + -N -) /N N + : cos >0, dans chaque bin en M ! il faut corriger lacceptance ! fit à la distribution cos dans chaque bin de M 3/8(1+ cos 2 ) + A_FB cos M ll (GeV)

18 18 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB (2) en fonction de M fit direction du q direction du Z conclusion: Perte de lasymétrie. à 1.5TeV M ll (GeV)

19 19 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer comptage, sans(avec) coupure |Y|>0.8 q, sans coupure q, avec coupure Z, sans coupure Z, avec coupure conclusion: La coupure en |Y| réduit la perte de lasymétrie. Mais: lacceptance décroit avec |Y|. A_FB (3) en fonction de M M ll (GeV)

20 20 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB (4) en fonction de M conclusion: fit en 2D marche, eps(y) est indépendent des modèles, mais dépendent de la masse. Avantage: accès à A(true) et non pas seulement à A(obs) facteur de dilution: A(obs)=D A(true), D=1-2eps(y) simple division ne marche pas, comme D dépend du modèle Dilution fit q fit Z fit 2D fit en 2D à la distribution cos dans chaque bin de M 3/8(1+ cos 2 ) + A*(1-2eps(Y)) cos

21 21 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB (5) en fonction de M A(true), 4TeV génération M ll (GeV)

22 22 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB (5) en fonction de Y Y A_FB(Y)=(N + -N -) /N N + : cos >0, dans chaque bin dY A_FB(-Y)= - A_FB(Y) ! il faut corriger lacceptance ! KK SSM A_FB(Y) caractérisée par la pente dune droite. à 1.5TeV

23 23 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Simulation complète quelques aspects de la simulation complète (uniquement SSM à 1.5TeV)

24 24 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Identification & Calibration des électrons ûuniquement clusters avec E T >50GeV ûidentification des électrons standard « 90% defficacité pour les électrons «<5% pour les photons, 0.1% pour les jets ûcalibration standard : photons «dé-calibration & re-calibration (uniquement dans le barrel) après recalibration avant recalibration temporaire resolution sur les électrons (pour M=1.5TeV)

25 25 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Masse reconstruite ûseulement evts avec «2 électrons identifiés «e + et e - «2 électrons dans le barrel ûpertes par bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour linstant) vérité recalibré non calibré Mll/GeV =11GeV + queues résolution sur la masse (pour M=1.5TeV)

26 26 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Acceptance acceptance ( 55%, seulement barrel 45% ) en |Y|(Y of Z) en |cos | en |cos | en plusieurs bins en |Y| haute |Y| basse |Y| 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0

27 27 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Largeur totale DY fit en GeV gen.théo.G+G+G SSM45.9 0.3 44.746.7 1.5 résolution du détecteur largeur naturelle [Res] [BW*exp+exp] résolution : Gauss+Gauss+Gauss (calibration temporaire) Mll/GeV

28 28 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB(M) génération (60.000evts) simulation complète (10.000evts acceptés) Dilution fit q fit Z fit 2D

29 29 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer A_FB(Y) génération simulation complète

30 30 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Résumé et Perspectives étude des variables discriminantes pour différents modèles de Z largeur totale section efficace asymétries au niveau de la génération, mais aussi en simulation complète dATLAS le Z(KK) fait partie des modèles étudiés, il se distingue bien des autres modèles par son effet dinterférence destructive par une largeur/section efficace 10fois plus grande par une asymétrie plate (proche de celle du DY pur) simulation complète du Z(KK): attente des données, les programmes danalyse sont prêts et testés avec les autres modèles à 1.5TeV à long terme: fit global pour distinguer les modèles

31 31 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer FIN BACK-UP

32 32 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Back-up (1) Theoretical decay width = g x ² /48 (c v ²+c a ²) M x (for m f =0) g x =g/cos w, g=e/sin w Extra dimensions S 1 : y=0..2 R, 0=2 R Z²: y=-y=2 R-y Fix points: 0 et Dilution A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true), eps: % of wrong q direction Charge miss-identification: 3.5%

33 33 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Calibration (1) ûstandard calibration : photons ûde-calibration ûre-calibration ûonly barrel before recalib. after recalib. energy Stathes Paganis (University of Wisconsin) 200GeV /E=0.9% (E)/E (E=200GeV) =9.5%sqrt(E) - 1 0.45% 0.8% ok

34 34 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Calibration (2) /E=0.8% energy 1TeV after recalib. before recalib. (E)/E (E=1000GeV) =9.5%sqrt(E) - 1 0.45% 0.5% ok

35 35 GDR-Susy 5-7 juillet 2004 Martina Schäfer Calibration (3) Results on the Z (SSM 1.5TeV), electrons at about 750GeV (E)/E (E=750GeV) =9.5%sqrt(E) -1 0.45% 0.6% ok (M)/M (M=1.5TeV) = sqrt(2) (E)/E 0.8% ok /E 0.7% resolution of electrons (Z at 1.5TeV)