la reconstruction des é lectrons dans cms

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La reconstruction des é lectrons dans CMS. C. Charlot, LLR. C. Charlot / LLR. Plan de la pr é sentation. Motivations Le d é tecteur CMS La reconstruction des agr é gats La reconstruction des traces é lectrons Classes d ’é lectrons et estimation de l ’ impulsion - PowerPoint PPT Presentation

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  • La reconstruction des lectrons dans CMSC. Charlot, LLR

    C. Charlot / LLR

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    Plan de la prsentationMotivationsLe dtecteur CMSLa reconstruction des agrgatsLa reconstruction des traces lectronsClasses dlectrons et estimation de limpulsionIdentification des lectronsSystmatiques associes la reconstruction des lectronsConclusions et prospective

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    Motivations physiquesRecherche du HiggsSM: HZZ(*) 4e, HWW(*) 2e2MSSM: A/H02024e+ETmissSupersymtrieProduction de squarks et gluinos, chane de dsintgrations impliquant des jauginos, pic jacobien 02 e+e-01 Nouvelles symtries, extra-dimensionsRsonances au TeV, G e+e- + XDviation au Drell-Yan, pp e+e- + XProcessus du Modle StandardBruit de fond pour la nouvelle physique: WW, ZZ, WZSources abondantes pour la calibrationCanaux leptoniques => propresExcellente calorimtrie EM dans CMS pour les lectronsA/H02024e+ETmiss J. Phys. G : Nucl. Part. Phys. 34HZZ(*) 4e+XJ. Phys. G : Nucl. Part. Phys. 34 No 2HWW(*) 2e2+XJ. Phys. G : Nucl. Part. Phys.

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    La reconstruction des lectronsLes lectrons en principe cest simpleAgrgat dans le calorimtreTrace en correspondance Les lectrons dans CMS sont plus compliquspaisseur importante de matire devant ECALChamp magntique fortPour le calorimtre, effet trs important bas pTEt il y a (peut tre) de la physique importante bas pTOptimisation prcdente pour les lectrons de la calibration et HLTpT~35 GeV/cpT(1)pT(2)pT(3)pT(4)e- le plus mou : pT~10 GeV/c pour mH=130 GeV/c2

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    Le dtecteur CMSMUON BARREL ECAL Scintillating PbWO4 crystals Cathode Strip Chambers Resistive Plate Chambers Drift Tube Chambers Resistive Plate Chambers IRON YOKETRACKERMUONENDCAPSHCALPlastic scintillator/brasssandwich CALORIMETERS

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    Le trajectomtre interneEntirement silicium (~200 m2)Pixels: 3 couches + 2x2 disques~ 76 106 canaux ||10

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    Le calorimtre lectromagntique~76000 cristaux PbWO4Arrangement quasi-projectif en et Preshower devant les bouchons~25 X0, 0.9 RMX0=0.89 cm, 90% dans r=2.4 cm4.5 p.e. / GeV (APD et VPD)

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    Performances du ECAL120 GeVRsolution0.6% at 50 GeV

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    Lpaisseur de matrielSupport(s) mcanique(s)cbles alimentation, sorties des signauxRefroidissementAu final 1/10 de la matire seulement constitue par les dtecteursLargement sous-valu lors des premiers dessins du dtecteur=1=2

    = 0 = 1.5TP (1994)0.150.6TDRs (1998)0.250.75PTDR (2005)0.31.4

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    Le dclenchement sur les lectronsNiveau 1 Objets EM isols/non isolsmatriellogiciel*Seuils revus rcemment :baiss pour le stream double de 14.5 12 GeV et suppression du stream double relchNiveaux HLT Niveau 2: Reconstruction des agrgats ECALSeuil ET: 26 GeV (simple), 12 GeV (double)*Niveau 2.5: recherche hits compatibles dans les couches pixelsNiveau 3: reconstruction complte de la trace partir des hits pixels du niveau 2.5Isolation trace et HCALcompatibilit E/pagrgat - trace pour le tonneauH/E pour les bouchons

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    La reconstruction des agrgatsPlusieurs types dalgorithmes:Fentre glissanteElectrons du faisceau testPhotons non convertisExploitation de la gomtrie simpleAlgorithmes topologiquesSparation des gerbes prochesGomtrie plus complexe (bouchons)

    Algorithme hybrid pour la partie tonneauFentre fixe en , dynamique en Algorithme island pour les parties bouchonsTopologique1 seul paramtre = seuil sur le cristal graine

    Algorithme topologique: Agrgation des cristaux partir dun cristal graineSsi satisfaisant un critre de compatibilit avec la forme attendue pour une gerbe e.m.Cristal adjacent un cristal dj prsent dans lagrgatEt dnergie moindre

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    Reconstruction des super-agrgatsBremsstrahlung1 X0: = 0.368!~10% des e- ont perdu >90% de leur nergie initialeDans le champ B, lnergie est tale en Donc recherche dagrgat(s) autour de le- et correspondant au(x) rayonnsAlgorithme hybrid Dj un algorithme de super-agrgationExtension = 17 cristaux en Algorithme island Recherche explicite dagrgats photons dans une bande en phi autour de lagrgat e-max = 0.3

    max = atan(-/(1- 2)) = RECAL/2qr, r=ET/0.3B si hlice parfaite si brem seulement (pas de conversions)ET agrgat graine >1GeVe-, pT = 30 GeV/c

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    Mesure de lnergieAprs une premire estimation de lnergie: Esa=Ecristal i, des corrections sont ncessaires afin de remonter lnergie de la gerbe EM:Pertes dues aux espaces inter-cristaux et inter-modulesPertes latrales lies aux algorithmes dagrgation Fuites longitudinales avant lies au staggering des cristauxFuites longitudinales arriresCristaux pathologiquesCorrections ncessaires afin de remonter lnergie de la particule au vertex:Pertes latrales lie aux algorithmes de super-agrgationPerte dnergie en amont du ECAL due au matriau du trajectomtre

    Ecorr = Esa . F(Ncry) . f()

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    Corrections des fuites latralesF(Ncry) : paramtrisation des pertes latrales dues aux algorithmes dagrgation Ncry est une mesure vt par vt de lextension latrale agrgeCourbe universellePour un algorithme dagrgation donnDpend uniquement de la dimension des cristauxTaille latrale agrge: r2=Ncry.2 = dimension latrale cristauxCourbes : f(r) 2rdr de 0 r(Ncry) pour =2.5, 3, 3.5 cmProfil gerbe f(r) suppos exponentiel

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    Reconstruction des pr-tracesPilote par la reconstruction de super-agrgats dans ECALLa cinmatique simple du bremsstrahlung permet de prdire la trajectoire de llectron avant bremsstrahlungMme technique que pour les lectrons HLT (mais paramtres diffrents)Reconstruction des agrgatsPropagation vers les couches de pixels et recherche de hits compatiblesSi un hit est trouv,estimation du vertexPropagation vers couche suivante

    2me couche)z me couche) 10 mrad 0.07 cm

    1re couche)z re couche)e-: [-125;+75] mrad e+: [-75;+125] mrad 15 cm

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    Reconstruction des trajectoires

    Modlisation Bethe-Heitler de la perte dnergie par bremsstrahlung Pas de coupure en 2 pour considrer un nouveau hit2 nouvelles trajectoires au max par coucheTraces KFe-, pT=10 GeV/c

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    Reconstruction des trajectoires

    e-, pT=10 GeV/cModlisation Bethe-Heitler de la perte dnergie par bremsstralung Pas de coupure en 2 pour considrer un nouveau hit2 nouvelles trajectoires au max par coucheTraces GSF

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    Ajustement GSFEn chaque point de la trajectoire, lajustement fourni une estimation des 5 paramtres de la trace pour chacune des composantesOn utilise la composante de poid maximal plutt que la moyenne pondre10 GeV pTPerte dnergie par bremsstrahlung trs non-gaussienneApproximation de la pdf Bethe-Heitler par une somme de gaussiennesChaque composante est propage par un KF standard

    = 0.4 10-3 10 GeV/c = 0.6 mrad 10 GeV/c

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    Paramtres larrireLa reconstruction de trajectoires jusquau ECAL malgr des changements de courbures importants permet:Dobtenir une mesure de lnergie rayonne par llectron: pin-pout De tester laccord trace-agrgat entre les paramtres de la trace larrire et ceux de lagrgat lectron

    Eseed/poutpin-pout (GeV/c)Fraction bremsstrahlung: (pin-pout)/pinEnergie rayonne (GeV)

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    Les classes dlectronsDiffrentes topologies trace/super-agrgat sont observes par suite du bremsstrahlung dans le trajectomtreCorrections doivent tre adaptes aux diffrents casDiffrentes topologies => erreurs de mesure trs diffrentesLidentification peut tre optimise suivant la topologiegoldenbig bremshoweringevt11pt35evt19pt10evt14pt10

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    La classification lectron lectrons golden *Pas de sous-agrgat bremFraction bremsstrahlung petiteBon E/pinBon accord gom. en lectrons big bremPas de sous-agrgat brem Fraction bremsstrahlung leveBon E/pinlectrons narrowPas de sous-agrgat bremFraction bremsstrahlung intermdiaire Bon E/pinlectrons showeringSous-agrgat brem identifi ou mauvais E/pinE=5-100 GeV* principalement des lectrons ayant peu rayonn ou ayant rayonn tard

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    Corrections rsiduellesnergie perdue dans le trajectomtreIrrcuprableJusqu ~7% lextrmit du tonneauPertes latrales associes aux agrgats de photons bremsstrahlungPertes gometriques lies larrangement en escalier des cristaux

    Fraction dnergie atteignant le ECALParamtrisation en fonction de Suivant les classes dlectrons

    E=5-100 GeVtonneauavantaprsf()

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    Estimation de limpulsionDirection donne par la tracepcomb donn par Ecorr ou la moyenne pondre de Ecorr et prec Pondration de prec par les erreurs issues de lajustement pondration de Ecorr par paramtrisation des erreursSuivant les classes

    lectrons p=5-100 GeV/ctoutes classes, tonneauECALECALTrackerCombinedGain par facteur ~1.4 en combinant avec le trajectomtrelectrons goldenDistributions gaussiennes /E = (2.50.3)%/E (0.1970.007)/E (0.520.01)%Semblable au testbeam!

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    Dfinition des lectrons et efficacitTrace GSF et super-agrgat associEn correspondance gomtrique = 0.02; = 0.1En correspondance en impulsion E/pin < 3Vto HCAL H/E < 0.2

    e- from HZZ(*)4e-, mH=150Efficacit = fraction des lectrons gnrs associs un lectron reconstruit de mme charge et ayant une direction au vertex compatible avec la direction gnre lintrieur de ==0.05

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    Isolation et slection des e- primairesCas physique: HZZ4e-, mH=150 GeV/c2Paramtre dimpact transverse Isolation tracepTtraces/pTeComplte par une isolation hadronique

    pTepTtraces > 1.5 GeV/c|z| < 1 mmttIP/IPL=2x1033 cm-2s-1empilement inclusRej.=20-30=90-80%(Rcne=0.25)pTtracesCne symtrique en (,)

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    Identification des lectronsAprs pr-slection et isolation, on reste avec les bruits de fond:Vrais lectrons deConversionsRsonances bas pT, Dalitz decays Faux lectronsSuperposition accidentelle /0change de charge

    Observables didentificationAccord des paramtres au vertexEsa/pin, in, in Accord des paramtres larrireEa/pout, outVariables de forme de gerbeE9/E25, , H/E e- pT=5-50 vs jets pT=25-50, tonneau

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    Identification des lectronsLa plupart