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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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La reconstruction des jets
• 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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La reconstruction des jets
• Résolution de la reconstruction:
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La reconstruction des jets
• 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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La reconstruction des jets
• 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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Distribution de charge des jets
• Le Monte Carlo avant hadronisation:
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Distribution de charge des jets
• Les Simtracks après optimisation:
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Distribution de charge des jets
• 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 du boson de Higgs
• Masse invariante des jets b-taggés :
Ajustement du type:
( , , ) ( (1 ) )h g gF m S B
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Masse du boson de Higgs
• 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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Masse du boson de Higgs
• Ajustement d’une gaussienne sur le bruit de fond:
2
22
( )1exp( )
22h
g
x mS
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Masse du boson de Higgs
• 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