Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006 Identification des leptons  Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs.

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1 Journées de Physique Atlas France Autrans, 27-29 mars 2006 Identification des leptons  Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs faibles Fabien Tarrade LAPP, Annecy tarrade@lapp.in2p3.fr

2 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade2 Identification des leptons  - Algorithme TauRec - Algorithme Tau1P3P - Conclusion Recherche du Higgs produit par WBF - Présentation - Analyse - Résultats et conclusion Plan

3 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade3 ICEPP Japon, IFAE Espagne, KEK Japon, LAPP France, IFJ-PAN Pologne, Univ. Alberta Etats Unis, Univ. Bergen Norvège, Univ. Columbia Etats Unis, Univ. Freiburg Allemagne, Univ. Milan, Univ. Oregon Etats Unis, Weizmann Israël Identification des leptons 

4 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade4 Modes de désintégration Modes de désintégration des  –Désintégrations leptoniques    e  e (17.4%)      (17.8%) –Désintégrations hadroniques 1 trace chargée : (“1 prong”)     (11.0%)       (25.4%)         (10.8%)           (1.4%)      n   (1.6%)   3 traces chargées : (“3 prongs”)       n    (15.2%) ~35 % ~77 % ~23 % Comment les identifier ? 1 trace, paramètre d’impact profil de la gerbe 3 traces, paramètre d’impact second vertex profil de la gerbe séparation entre e/ μ et  → μ/e υ μ/e très difficile

5 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade5 Reconstruction des jets  Reconstruction des candidats  - Identification amas calorimètrique bien collimaté avec un petit nombre de traces associés - Principales variables discriminantes R em = rayon électromagnétique (EM) ΔE T 12 = fraction de E T dans les calorimètres EM&hadroniques 0.1< Δ R< 0.2 N trace,charge, paramètre d’impact, L avant largeur de E T en η du compartiment avant Bruits de fond identifiés comme des jets  - Jets QCD - Electron développant tardivement sa gerbe ou avec un important bremsstrahlung - Muons interagissant dans le calorimètre jet τ π0π0 π+π+ π-π- π+π+

6 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade6 Algorithme : TauRec 1/2 Il y a 2 algorithmes pour la reconstruction des jets  dans ATLAS, | η |<2.5 : TauRec - débute avec différents objets : amas avec E T > 15 GeV, trace isolée avec P T > 2 GeV/c - association à une (des) trace(s) pointant vers l’amas (ou vice versa) ΔR<0.3 1, 2 ou 3 traces - calcul d’un jeu de variables pour l’identification des jets  ΔE T 12 nombre de trace unité arbitraire

7 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade7 Algorithme : TauRec 2/2 maximum de vraisemblanceE T vrai  -E T  reconstruit / E T vrai  (GeV) candidat  : TauRec Z → ττ <>= 1.08  = 0.10 - calcul d’un maximum de vraisemblance (likelihood) R EM, ΔE T 12, N trace, L avant, N avant, charge, paramètre d’impact, E T /p T (1 ère trace ) - calibration de l’énergie des candidats  (utilisation des calorimètres) poids (dependance en E T, η, et en fonction du compartiment), à la H1 - coupure pour l’ identification des  : maximum de vraisemblance, variables discriminantes unité arbitraire

8 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade8 Algorithme : Tau1P3P 1/2 E T vrai  -E T  reconstruit / E T vrai  (GeV) Tau3P Tau1P Tau1P3P (nouvel algorithme) - identification d’une trace de bonne qualité : P T > 9 GeV/c - recherche des traces voisines: P T > 2 GeV/c et ΔR<0.2 - création des candidats  « 1 trace » (Tau1P) ou « 3 traces » (Tau3P) - calibration de l’énergie des candidats  ( détecteur interne + calorimètres) technique du “flux d’énergie” basée sur l’information des traces au lieu de la technique des jets purement calorimètriques Z → ττ <> = 0.99  = 0.095 <>= 1.02  = 0.05 unité arbitraire

9 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade9 Algorithme : Tau1P3P 2/2 - calcul d’un jeu de variables pour l’identification des jets  - calcul d’un discriminant R EM, ΔE T 12, L avant, N avant, E T chrg Had /p T, (E T autres EM + E T autres Had )/E T calo - coupure pour l’ identification des  sur : discriminant, variables discriminantes candidat  : Tau1P ou Tau3P R EM ΔE T 12 unité arbitraire

10 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade10 Efficacité et réjection |η||η| efficacité totale - tauRec : coupure sur le maximum de vraisemblance pour avoir une efficacité de ε=50% - tau1P3P : coupures sur les variables discriminantes grande dépendance du facteur de réjection en fonction du p T Z → ττ tauRec ε=50% distribution de l’efficacié totale |η||η| tauRectau1P3P efficacité totale Z → ττ ε=50% J2 : R=95 J3 : R=196 efficacité totale réjection di-jets

11 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade11 Conclusion L’identification des  hadroniques est importante pour un grand nombre de canaux de physique grande plage en E T ( processus du MS → SUSY ) TauRec donne de bon résultats, possibilité de partir : d’un amas, d’une trace … Tau1P3P, partant des traces, est plus efficace à bas E T Beaucoup de travail ces dernières années

12 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade12 Recherche d’un boson de Higgs produit par fusion de bosons vecteurs faibles BNL Etats Unis, Univ. Bonn Allemagne, ICEPP Japon, KEK Japon, LAPP France, Univ. Monréal Canada, Univ. Toronto Canada, Univ. Wisconsin Etats Unis

13 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade13 Signal signal - fusion de bosons vecteurs faibles : V=W, Z qq  qqVV  qqH (H   ) avec H→  →had υ  + l υ l υ  - m H = 120 GeV/c 2 - σ  Br = 340 fb caractéristiques : - topologie particulière : - 2 jets très énergétiques vers l’avant - pas de jets centraux signature dans le détecteur : - 2 jets, un vers l’avant et l’autre vers l’arrière :sert à « étiqueter » - 1 jet  central - 1 lepton central - de l’énergie manquante 3 ans à basse luminosité : 30 fb -1 simulation rapide

14 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade14 Bruits de fond Bruits de fond irréductibles : - Z + jets (EW et QCD) où Z   Zjj (QCD) σ  Br = 4×10 6 (σ  Br) Signal Zjj (EW) σ  Br = 3×10 3 (σ  Br) Signal Zj σ  Br = 5×10 6 (σ  Br) Signal Bruits de fond réductibles : - W + jets où W  lν l l = e,μ σ  Br = 5×10 7 (σ  Br) Signal - t  t  WbWb où un W  lν l l = e, μ, τ et l’autre W  tous les modes σ  Br = 8×10 5 (σ  Br) Signal

15 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade15 Sélection 1/2 - pré sélection :1 lepton isolé + 1 jet  + deux jets ou plus - déclenchement sur les leptons : + E T e > 25 GeV où P T μ > 20 GeV - coupure sur le E T du jet : + E T jets  > 40 GeV (pour une bonne réjection des faux  ) - étiquetage des jets vers l’avant et l’arrière : + 2 jets étiquetés (bien séparés) Δ η jj E T jet pT max (GeV). Higgs Wj Zjj(EW) t t

16 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade16 Sélection 2/2 - coupure pour la reconstruction de masse de la pair de  (m  ) : (approximation colinéaire) - coupure sur la m T :+ m T (l,p T manq ) = ( (E T (l) + E T manq ) 2 -|pT(l) + p T manq | 2 ) ½ < 30 GeV - coupure sur le E T manquante : + E T manquante > 30 GeV - coupure sur la m jj :+ m jj > 700 GeV - coupure pour le veto sur le jet :+ pas de jet avec E Tj veto >20 GeV entre les 2 ”jets étiquetés ” m Higgs masse du Higgs : m Higgs = 118.2 +/-8.7 GeV/c 2 résolution de 7.4 % (simulation rapide)

17 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade17 Analyse σ×BR en fb génération H→ττ Zjj (QCD) Zjj (EW) Zj t  t Wj coupure de pré sélection 29.66 145.5×10 4 1.2×10 3 1.66×10 4 1.76×10 4 6.65 ×10 4 fenêtre en masse 0.51 0.20 0.03 0.11 0 0 Signal ~6 événements ~1 événement ~3 événements 15 événements 3 ans LHC à basse luminosité - σ×BR après la pré sélection et après toutes les coupures : Bdf réductible Bdf irréductible

18 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade18 résultat : - découverte possible pour un Higgs de basse masse 115 GeV/c 2 < m Higgs < 145 GeV/c 2 pour 3 ans à basse luminosité (30 fb -1 ) canal très important erreurs systématiques : - expérimentales : E T manq, identification des  - simulation : description des 2 jets (ME+ PS) - autres : empilement, calibration, mesure de la luminosité à haute luminosité : - problème : veto dans la région centrale simulation complète : - résultats comparables - reste beaucoup de travail à faire … Résultats et conclusion Signification statistique découverte m Higgs (GeV/c 2 ) 5σ5σ

19 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade19 Autres

20 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade20 La physique accessible Higgs - Higgs du Modèle Standard (WBF,ttH) qqH → qq ττ, ttH → ttττ - Higgs du MSSM (A/H, H + ) A/H → ττ, H + → τν Processus Exotiques -SUSY : signatures avec des τ l’état final -Dimensions supplémentaire … Modèle Standard Z → ττ W → τν τ

21 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade21 Variables for TauID Δη=0.1 Δ  =0.1 granularity of the tower Δη ×Δ  η  EM Had tau_EMRadius : R EM =Σ (E T EM ×ΔR) / Σ E T EM tau_IsoFrac : ΔE T 12 =Σ (E T EM +E T Had ) 0.1<ΔR<0.2 / Σ(E T EM +E T Had ) tau_stripWith2 : Δη 2 =Σ (η 2 ×E T )/Σ E T – ( Σ (η×E T )/ Σ E T ) 2

22 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade22 H1 Method –Weights applied directly to cell energies –Better resolution and residual nonlinearities Parameter Sampling MethodH1 Method  R=0.4  R=0.7  R=0.4  R=0.7 a (%GeV 1/2 )66.0 ± 1.561.2 ± 1.353.9 ± 1.351.5 ± 1.1 b (%)1.2 ± 0.31.4 ± 0.21.3 ± 0.22.5 ± 0.2  2 prob. (%) 1.60.827.366.7 Cone Algorithm –Highest E T tower for jet seed + cone –Iteration of cone direction, jet overlap, energy sharing, merging Cluster and Energy scale

23 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade23 Energy Flow Z ->  E T eflow = E T emcl +E T neuEM +  p T track +  resE T chrgEM + resE T neuEM   = 0.0303   =0.0663 E T eflow /E T truth 1.2 0.8 1.2 0.8 1 prong3 prong used only EM cells within  R < 0.2 around tau1P direction

24 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade24 LVL1 Tau-Trigger ‘ Hadronic Cal. EM Cal. 2-Tower EM cluster A 2x2 tower EM cluster + 2 x 2 hadronic cluster used to ID cand. ROIs A 2x1/1x2 tower EM clusters added to the energy in the hadronic inner region (shown in red) is compared to a threshold. There are 4 in the ROI the highest ET is taken. A ring of 12 EM towers surrounding the clusters, which is used for isolation in the EM calorimeters 12 hadronic towers (behind the EM isolation ring) for isolation in the hadronic calo. Tau trigger at LVL1

25 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade25 Trigger Trigger in ATLAS High Level Trigger Level 1 2.5 μs ~10 ms ~sec PC farms Level 2 Event Filter  Hz  kHz  kHz LVL1 Calorimeter+Muon Trigger, coarse granularity LVL2 Region of Interest, All detectors, full granularity Event Filter refines the selection, can perform event reconstruction using latest alignment and calibration data (full offline reconstruction)

26 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade26  triggers Possible way of selecting taus with the ATLAS trigger Lepton Trigger trigger with the electron or the muon Hadronic Tau Trigger - LVL1 Tau Trigger ( Calo) use EM (0.2×0.2) and hadronic (0.2×0.2) towers to define a Region of Interest and also for the isolation in the EM (1.2×1.2) and hadronic (1.2×1.2) calorimeter - LVL2 Tau Trigger ( Calo+Tracking) evaluating offline variables : em radius of the cluster, width in energy deposition, isolation fraction, track … - Event Filter based on the default  -jet reconstruction code  lepton  hadrons PRELIMINARY  trigger efficiency : still under evaluation

27 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade27 Bruits de fond Bruits de fond irréductibles diagrammes de Feynman : Zjj (EW) diagrammes de Feynman : Zjj (QCD)

28 Journées de Physique Atlas France 2006F.Tarrade28 Résolution E T vrai  -E T  reconstruit / E T vrai  (GeV) tauRec Z → ττ <>= -0.08  = 0.11 E T vrai  -E T  reconstruit / E T vrai  (GeV) Tau3P Z → ττ <>= -0.007  = 0.028 E T vrai  -E T  reconstruit / E T vrai  (GeV) Tau1P Z → ττ <> = 0.007  = 0.056