La calibration des jets b dans ATLAS V.Giangiobbe LPC Clermont-Ferrand Journées Physique ATLAS France à AutransSession Jet/missingET/tau29/03/2006.

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1 La calibration des jets b dans ATLAS V.Giangiobbe LPC Clermont-Ferrand Journées Physique ATLAS France à AutransSession Jet/missingET/tau29/03/2006

2 Enjeux et particularités de la calibration des jets b But fixé par la collaboration : léchelle absolue en énergie des jets doit être connue à 1% près Particularité des jets b désintégration semi-leptonique dans 35% des cas leptons dans létat final réponse jets légers réponse jets b ( : énergie manquante) spectre en p T différent pour les particules dans les jets légers et b (car m b >>m u,d,s ) Nécessité dune calibration spécifique pour les jets b Influence : m top = 700 MeV/c 2 par % de mauvaise calibration de lénergie des jets b Dans ATLAS, nombreux canaux avec des jets b dans létat final Higgs SUSY physique exotique mesures de précision (ex : masse du top, masse H) (2/14)

3 1 e étape : correction générique (indépendante du processus et de la saveur) Ajustement du MC à la réponse obtenue en faisceau-test pour 1 particule Simulation de la réponse aux jets : (spectre en p T ) (réponse à un particule) R jet (MC) Corrections pour interactions multiples et recouvrement A ce point : énergie corrigée = énergie des hadrons dans le cône de reconstruction. (la réponse est indépendante du détecteur) 2 e étape : correction spécifique (Monte Carlo) Dépend de la saveur Dépend du processus Calibration des jets b dans CDF (p T parton -p T jet )/p T jet Avant correction spécifique Après correction spécifique Incertitudes simulation de la réponse aux hadrons fragmentation simulation de la désintégration semi-leptonique (Echelle dénergie) = 2 à 3% (générique) 0.6% (spécifique jets b) (3/14)

4 Correction générique ( CDF) Désintégration « semi-muonique » (avec muon dans létat final) Calibration des jets b dans DØ Désintégration sans muon dans létat final 2 méthodes : 1) Correction MC : s(E)=R jet léger (E)/R jet b (E) 2) Correction à partir des données Nouveau (pas encore de résultats publiés) R jet b calculé en fonction de grandeurs mesurables et de la fraction des saveurs un jet étiqueté comme b. (R=f l R l +f c R c +f b R b ) La correction résiduelle calculée (méthode 1 ou 2) est appliquée aux jets b sans muons dans létat final. correction MC à partir de E (mesuré) pour récupérer E R jet léger /R jet b E jet (mesure) (GeV) (4/14)

5 Sélection 3 jets dans létat final p T jet 3 >190GeV/c (non b) Au moins 2 jets b p T b1,2 >40GeV/c L=30fb -1 Seuils trop élevés pour le menu de déclenchement officiel à 3 jets (p T >165GeV au HLT) Nécessité dun trigger dédié : LV1 : déclenchement sur le jet 3 (p LV1 T >120GeV/c) et identification dune région dintérêt (p T LV1 >10GeV/c) pour jets b1,b2. LV2 : sélection des événements avec 2 jets b dans la région dintérêt retenue au LV1. S/B S/ B (30 fb - 1 ) S/ B (10 fb - 1 ) 2.5%20.611.9 signal16k evts5,5k evts ProcessusSection efficace (fb)Nb evts 10fb - 1 Bdf QCD 9.45 10 12 9450 10 12 Zjet 9.1 10 6 91 10 6 Principe reconstruction dune résonnance b b reproduisant la masse du Z 0 état final à 3 jets Calibration des jets b dans ATLAS : Z(bb)+jet (A.Annovi, I. Vivarelli, G. Volpi) ZJet 3 Jet b 1 Jet b 2 Simulation rapide (5/14)

6 ProcessusSection efficace (fb)Nb evts 10fb - 1 Après HLT (menu 60 i) jj(NLO)33.5 10 6 335 10 6 3 10 7 Z 7.1 10 3 71 10 3 6600 Simulation rapide Calibration des jets b dans ATLAS : Z(bb)+ Calibration des jets b dans ATLAS : Z(bb)+ (S.Binet, P.Gris, D.Pallin) _ Z 90 _ jj Signal : Z Bruit de fond : jj SélectionEfficacité (%)Nb evtsEfficacité (%)Nb evts S/ B p T >60GeV/c 9.33 0.036640 209.38 0.01 (3.14 0.01) 10 7 1.19 N(jet b) 14.15 0.022960 200.27 0.01 (8.88 0.05) 10 5 3.14 p T jet >40GeV/c 3.92 0.072790 500.24 0.01 (7.94 0.09) 10 5 3.13 60<m bb <110GeV/c 2 2.62 0.061860 400.05 0.01 (1.80 0.01) 10 5 4.38 Sélection 1 isole de plus de 60GeV (menu HLT 60 i) Au moins 2 jets Au moins 1 jet b p T jet >40GeV/c (jet de + haut p T ) (6/14)

7 Il est extrêmement difficile de calibrer léchelle dénergie des jets b à partir du processus Z bb. Z bb peut être utilisé pour contrôler la calibration des jets b Calibration des jets b dans ATLAS : Conclusion sur le canal Z bb et son utilisation pour la calibration de léchelle dénergie des b pour la calibration de léchelle dénergie des b Z(bb)+jet Problème de déclenchement (trigger HLT inadapté). Un trigger dédié a été proposé. S/B 2.5% avec 50k événements de signal après 1 an de prise de données à basse luminosité. Z(bb)+ Problème de déclenchement Bruit de fond important, même après coupures de sélection S/B 2% avec 1k événements de signal après 1 an de prise de données à basse luminosité. Perspective : Z(bb)+W et Z(bb)+Z( ll ) Sections efficaces 2 plus faibles que Z(bb)+ mais signal + propre (7/14)

8 Méthode de la balance en impulsion transverse Utilisation pour les jets légers (M.Bosman, C.Delucas, S.Jorgensen) principe jet émis dos-à-dos avec ou Z 0. p T Z/ utilisé comme étalon intérêts et Z 0 ( ll ) sont + simples à calibrer que les jets déclenchement facilité par présence de l + l - dans létat final statistique importante ( 260k evts pour Z 0 +jet léger avec 10fb -1 ) points faibles biais introduit par les radiations dans létat initial (ISR). Exemple + jet léger : Parton level Particle level Cone 0.7 Reconstruction level Cone 0.7 2% de déséquilibre de la balance en p T (à bas p T ) au niveau des partons : ISR non parfaitement symétriques (8/14)

9 Processus :q + g Z( + - ) + jet b Simulation rapide Sélection du signal 1 jet b 2 muons isolés de charges opposées Pas de photons, pas délectrons |m -m Z |<10GeV/c 2 7k événements à 10 fb -1 Balance en impulsion transverse Application à la calibration des jets b (V.Giangiobbe, R.Lefèvre, C.Santoni) Méthode p T jet b est corrigé pour reproduire p T : Correction insuffisante : p T jet b corrigé ne reproduit pas p T quark à 1% (9/14)

10 Balance en impulsion transverse Application à la calibration des jets b Effets systématiques étudies signal = q+g Z 0 + b (1) bruit de fond q+q Z 0 + g bruit de fond q+q Z 0 + q mauvaise association : le jet b reconstruit ne vient pas de (1) mauvaise identification : un jet léger venant q+g Z 0 +q de est marqué b asymétrie introduite par les ISR ces 3 effets peuvent être estimés et corrigés par MC : vérifier laccord MC/données (10/14)

11 Une méthode pour contrôler laccord MC/données : bissectrice 2 effets qui élargissent les distributions en p T Résolution du détecteur Radiations dans létat initial (ISR) (indépendant du détecteur) méthode de la bissectrice : projection des p T permettant de découpler les 2 effets à partir de grandeurs mesurables. Balance en impulsion transverse Application à la calibration des jets b (K TX ) dépend peu de la résolution du calorimètre (K TY ) dépend beaucoup de la résolution du calorimètre 2 composantes dépendent des ISR (K TX ) peut être utilisé pour vérifier/ajuster laccord MC/données (11/14)

12 Canal Z( + - )+jet b exploitable pour la calibration de léchelle dénergie des jet b Ce canal mérite dêtre étudié plus en détail. Il reste beaucoup à faire : Comprendre les différents biais de la méthode Estimer les erreurs systématiques sur les facteurs détalonnage Tester la méthode en simulation complète Conclusions sur la méthode de la balance en p T Conclusions sur la méthode de la balance en p T appliquée aux jets b (12/14)

13 méthodes envisagées Z(bb) + X avec X=jet ou bruit de fond trop important impossible de déduire une calibration pour les b (même avec trigger dédié) peut servir à contrôler la calibration balance en p T permet de calibrer léchelle en énergie des jets b (10fb -1 7k evts !) beaucoup de travail à faire pour valider la méthode (dernière présentation : déc. 2004 !) Une stratégie pour les premières données utiliser la masse du top obtenue à CDF/D comme contrainte (pas pour la mesure de m t !) moyenne CDF/D : m t =( 172.7 2.9 ) GeV/c 2 ( 300 t) 2.9 GeV dincertitude sur m t 4% sur lénergie des jets b dans ATLAS correction de saveur à la CDF/D (basée sur MC ou sur les données) Calibration des jets b dans ATLAS Conclusion générale (13/14)

14 Références CDF A.Bhatti et al., Determination of the Jet Energy Scale at the Collider Detector at Fermilab, FERMILAB-Pub-05-470 Erik Brubaker, A Measurement of the Mass of the Top Quark in Lepton + Jets Events at CDF, Thèse Koji Sato, Measurement of the Top Quark Mass with the Collider Detector at Fermilab, Thèse J.-F. Arguin, Measurement of the Top Quark Mass with In Situ Jet Energy Scale Calibration at CDF II, Thèse D0 The D0 Collaboration, Measurement of the Top Quark Mass in the Lepton+Jets Channel using D0 Run II Data, D0- CONF note 4574 J.Cammin, Calorimeter energy response for b jets in D0, http://www-clued0.fnal.gov/~cammin/summary.pshttp://www-clued0.fnal.gov/~cammin/summary.ps ATLAS A.Annovi, I.Vivarelli, G.Volpi, Study on Z bb measurement, ATL-PHYS-PUB-2006-006 S.Binet, Environnement logiciel et étalonnage de léchelle en énergie des jets dans ATLAS, Thèse V.Giangiobbe, Reconstruction et calibration in situ des jets, http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a036763http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a036763 V.Giangiobbe, Jet calibration with physics, http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a044275http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a044275 V.Giangiobbe, b jet energy scale calibration using pT balance, http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a041267http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a041267 S.Jorgensen, Status of gamma + jet in situ calibration, http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a057453http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a057453 Remerciements A.Annovi, J.Cammin, P.Grenier, S.Jorgensen, R.Lefevre, D.Pallin, C.Santoni, I.Vivarelli (14/14)