1 recherche du boson de higgs léger supersymétrique dans le cadre de l'expérience cms...

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Recherche du boson de Higgs léger SUperSYmétrique dans le

cadre de l'expérience CMS

Alexandre Mollet

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Présentation

• Cadre du travail– Le LHC (Large Hadron Collider)– L’expérience CMS (Compact Muon Solenoid)– Pourquoi la SUperSYmétrie (SUSY)? – Canal de désintégration étudié

• Analyse des résultats– La reconstruction des jets et leur identification en jet de b – La distribution de charge des jets de b– La masse du boson de Higgs

• Conclusions et perspectives

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Le LHC (Large Hadron Collider)

Energie faisceau : 7 TeV

Luminosité : 1034 cm-2s-1

#paquets/faisceau : 2835

#protons/paquet : 1011

7.5 m (25 ns)

7 TeV Proton + 7 TeV Proton

Croisement des faisceaux : 4x107 Hz (25 ns)

Collisions protons : 109 Hz

Collisions au niveau des partons

Production de nouvelles particules : Hz

(Higgs, SUSY, ....)

p pH

µ+

µ-

µ+

µ-

Z

Zp p

e- e

q

q

q

q

1

-

g~

~

2

0~

q~

1 0~

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Le LHC (Large Hadron Collider)

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L’expérience CMS (Compact Muon Solenoid)Longueur : 20 mHauteur : 15 mPoids : 14 000 tCanaux électroniques : 108

Coût : 500 MCHF (325 M€)

TrackerSiliciumPixel + Strips

ECALCristal scintillant(PbWO4)

HCALCu+scintillateur

Chambre à muons

SolénoïdeB = 4 T

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Pourquoi la SUper SYmétrie?• Le Modèle Standard:

– Excellente description des interactions EM, faible et forte

– Le MS nécessite l’introduction du boson de Brout-Englert-Higgs pour conférer une masse aux W+, W- et Z0.

– Pas observé expérimentalement (mh>114,3 GeV)

• La SUperSYmétrie: – MS aux énergies de l’ordre du GeV!– Existence de partenaires SUperSYmétriques pour chaque

particule: particule p de spin s superpartenaire p

de spin s +/- 1/2– Extension minimale du MS est le MSSM

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Pourquoi la SUper SYmétrie?

• Le Modèle Standard: – Excellente description de l’interaction des particules– Le MS nécessite l’introduction du boson de Brout-

Englert-Higgs pour conférer une masse aux W+, W- et Z0. – Toujours pas observé expérimentalement

• La SUperSYmétrie: – MS à basse énergie!– Existence de partenaires SUperSYmétriques pour chaque

particule: particule p de spin s superpartenaire p

de spin s +/- 1/2– Extension minimale du MS est le MSSM

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Pourquoi la SUper SYmétrie?

• MSUGRA : MSSM contraint– 5 paramètres libres au modèle:

– m0 = masse des sfermions

– m1/2 = masse des jauginos

– tan β = rapport des valeurs moyennes dans le vide des deux doublets de Higgs

– sign μ = signe de la masse du higgsino

– A0 = constante de couplage trilinéaire

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Canal de désintégration étudié

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La simulation

• La chaîne de simulation:

Ntuplesignal

Ntupleminbias

OSCAR 3

HEPEVTNtuple

ORCA 8

POOLSimHits/minbias

POOLSimHits/signal POOL

DigisDST

OSCAR SimReader RecReader

MC generator

CMKIN

Production

Production User

1)digitization

“data summary tape”

ROOTTree

RecReader3)analysis2)reconstruction

Pool Of persistent Objects for LHC

h0 = 116 GeV

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Analyse des résultats

• La reconstruction des jets

• L’identification des jets comme étant issus d’un b appelé b-tagging

• La distribution de charge de ces jets b-taggés:

• La distribution de masse du boson de Higgs

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La reconstruction des jets

• Taille de cône pour reconstruire les jets:– Elle vaut– avec φ l’angle azimutal et η la pseudorapidité tel que:– avec θ l’angle zénital.

2 2( ) ( )R

ln( )2

h0 b

_

b_

B

B

2 JETS

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• ΔE = Erec – Evrai : La résolution en énergie des jets.

• Evrai : l’énergie du quark b via contenu en partons d’un jet Monte Carlo

• Si ΔE = 0 accord entre Erec et Evrai.

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• Résolution de la reconstruction:

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• Nécessité d’appliquer une correction à l’énergie des jets reconstruits.

• Cette correction est du type: ( , ) reco

vrai

EC E

E

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(| |)( , )

a

fC E a

E

2 31 2 3 4(| |) | | | | | |f b b b b

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• Résolution de la reconstruction:

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Le b-tagging

• Efficacité:

• Inefficacité:

#

# jets issus de bb taggéjets

#

# jets issus d'autres quarksb taggéjets

Désintégration de h0

Désintégration des mésons B

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Le b-tagging

• Efficacité du B-tagging en fonction de l’énergie du jet :

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Le b-tagging

• Efficacité du B-tagging en fonction de du jet:

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Distribution de charge des jets

• Nous reconstruisons la charge des jets à différents niveaux:– Le Monte Carlo avant hadronisation– Les Simtracks: trajectoire des particules ayant traversé le

détecteur – Les Rectracks: trajectoire des particules reconstruite à

l’aide des informations récoltées par le détecteur– La formule est:

Q jetiQi pi

ipi

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• Le Monte Carlo avant hadronisation:

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• Les Simtracks après optimisation:

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• Les Rectracks:

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Masse du boson de Higgs

• Masse invariante des jets de b issus d’un higgs:

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• Masse invariante des jets b-taggés :

Ajustement du type:

( , , ) ( (1 ) )h g gF m S B

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• Ajustement d’un bruit de fond polynomial:2 3 4 5

0 1 2 3 4 5gB a a x a x a x a x a x

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• Ajustement d’une gaussienne sur le bruit de fond:

2

22

( )1exp( )

22h

g

x mS

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• Ajustement d’une gaussienne sur le bruit de fond:

Mh = 115,9 ± 1,7 GeV

σ = 16,9 ± 1,7 GeV

α = 10,6 ± 0,6 %

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Conclusions et perspectives

• Détermination de la masse du Higgs via notre canal de désintégration. Bon accord avec la simulation Monte Carlo.

• Une meilleure reconstruction de la charge du b pour diminuer le bruit de fond combinatoire

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