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PAF - 28 mars 2006 Rosy Nicolaidou 1

Rosy NicolaidouDapnia/SPP

Etude du canal Higgs ZZ* 4 leptons (e±,µ±) dans ATLAS

Introduction

Stratégie d’analyse

Qu’est ce qui a été fait depuis le TDR ?

État actuel de l’analyse

Conclusion

µ µ

µ

µ


Introduction: SM Higgs (section efficace et BR)

BR

bb

WWZZ

LEP excluded

H ZZ(*) 4l (e,µ) : signature claire et bruit de fond réduitRégion en masse d’intérêt: 130 GeV < mH < 2mZ Dans cette région de masse, la largeur de Higgs est étroite résolution du détecteur en leptons est très importante


Introduction: Signal et Bruits de fond

Signal(mH=130GeV)ZZ 4 ZZ 22 ttbarZbb

Signal: Signal: • H H ZZ(*) ZZ(*) 4l 4l section efficace 2-4 fb section efficace 2-4 fb

pour pour 130 GeV < mH < 2mZ

Bruits de fond:Bruits de fond:

Irreductibles Irreductibles • ZZ(*)ZZ(*) // (*) (*) 4l 4l• ZZ(*)ZZ(*) // (*) (*) 2l 2 2l 2

ReductiblesReductibles

Zbb Zbb 4lX 4lX resonnant resonnant

tt tt WbWb WbWb 4lX 4lX non resonnantnon resonnant

H4µ signal et bruits de fond


• Depuis 2003, plusieurs groupes ont travaillé sur ce sujet Groupes : Univ. of Athens, Univ. of Bern, Calabria, CERN & INFN-LNF,

Dubna, Dapnia/Saclay, MPI, Rome, Univ. of Thessaloniki, Weizmann Institute, Univ. of Wisconsin, Sheffield University

• Dans le but :– Validation de la chaîne de reconstruction dans Athena– Évaluation des performances de leptons– Développement de nouvelles techniques d’analyse (e.g likelihood,

NN) pour améliorer la significance• De TDR - période Data Challenge 1 (DC1)

– Générateurs:• Zbb: générateur « AcerMC » est utilisé• Nouveau layout du détécteur

– Analyses: • Complètes, réalisées avec la simulation complète du détecteur

et avec une statistique importante (~1M d’événements par canal); plusieurs publications.

Activité au sein du groupe Higgs ATLAS


Stratégie d’analyse

• Sélection du signal Objectif: déclencher la recherche du signalObjectif: déclencher la recherche du signal

– Coupures en Pt de leptons (coupures “trigger”)– Coupures en masse de di-leptons mll (réduire le bruit de fond

réductible tt, Zbb, Z* + les désintégrations en cascade)

• Rejection du bruit de fond Objectif: Réduire le bruit de fond réductible d’un facteur Objectif: Réduire le bruit de fond réductible d’un facteur ~100~100 après coupures cinématiques pour l’avoir à 10% du après coupures cinématiques pour l’avoir à 10% du

bruit de fond irréductible (protection contre les bruit de fond irréductible (protection contre les incertitudes incertitudes théoriques)théoriques)

– Critères d’isolation de leptons • utilisation de l’information des calorimètres• utilisation de l’ID

– Paramètres d’impact de leptons, 2 du vertex commun de 4l

• Reconstruction de masse H Objectif: améliorer la résolution en masse Objectif: améliorer la résolution en masse

– Reconstruction combinée (calo+ID, spectromètre à muons+ID)– Ajustement contraint à la masse du Z0


calotracker

calo

tracker

Rejection du bruit de fond réductible

Rejection utilisant le calo est plus efficace que celle dans l’ ID mais l’effet du bruit dans le calo n’a pas été étudié

Comparaison de deux méthodes d’isolation dans le canal H 4 μ

Pt of ID tracks in a cone 0.2 Pt of ID tracks in a cone 0.2 around around μμ


Rejection du bruit de fond réductible

Sommer les Pt de toutes les traces Sommer les Pt de toutes les traces identifiées dans l ID dans un cône identifiées dans l ID dans un cône de rayon de rayon R=R=((2+2+2)= 0.22)= 0.2 autour d électronautour d électron

H4e

Paramètre d‘impact /son erreur


Rejection du bruit de fond par des méthodes de vertexing

Méthode: recherche de vertex commun aux quatre muons en utilisant les paramètres des traces, les matrices de covariances et en prenant en compte la largeur du faisceau

H4μ

La combinaison de l’isolation calorimétrique et du vertex commun permettent de réduire les bruits de fond réductibles du facteur 100 requis

2


%2.1Hm

mH= 130 GeV

Combinaison de traces à la STACO (spectromètre a muons +ID)+ ajustement contraint à la masse du Z

mH (GeV)

σ (GeV) σ (GeV) TDR

130150180

1.56 ± 0.021.81 ± 0.012.22 ± 0.02

1.42 ± 0.061.62 ± 0.062.20 ± 0.06

Détérioration de la résolution en masse ~10% par rapport au TDR due au nouveau layout du spectromètre à muons et des effets du matériel dans l’ ID

Résolution en mH pour le canal 4µ


Resolution en mH (exemple a 130 GeV)

2e2µ

= 1.65+/-0.04

4e

= 1.46+/-0.07


Significances obtenues pour L = 30 fb-1

Rappel: C’est seulement en combinant les 3 canaux qu’on peut obtenir une significance a 5 pour H4leptons

4µ 2e2µ

4e

Nombre d’evenements du signal a mH =130 GeV

4.16 4.62 2.57

Nombre d’evenements du bruit de fond

1.83 1.23 1.06

Significance Poisson

pour mH=130 GeV

2.32 2.93 1.33H4μ à la fin de l’analyse

Signal(mH=130GeV)ZZ 4m ZZ 2m2t ttbarZbb


De DC1 vers les nouveaux échantillons CSC

• Générateurs:– Signal : produit par (gg +VBF) pour étudier les caractéristiques des 2

processus • Analyses:

• Simulation: passage de G3G4 • Détecteur: changement de « layout » • Utilisation de données du faisceau test dans les analyses Higgs

(pour les électrons)• Combinaison ID+CALO pour améliorer la résolution en masse du

Higgs (thèse de N. Kerschen)• Premières simulations avec « full pile-up » et bruit de fond de la

caverne (pour les muons) Pas d’analyses complètes mais plutôt desestimations des performances pour étudier l’effet deplusieurs changements (simulation, layout e.t.c)

• Échantillons CSC:– Beaucoup d’efforts pour étudier et comprendre en détail les

performances de détecteurs et utiliser les nouveaux outils d’analyse


H4e: nouvelle calibration du calorimètre

Utiliser les données du faisceau test H8 dans les analyses Higgs à basse masse Recalculer les poids longitudinaux dans la parametrisation de Erec

33210 EWEEEWbE presrec

La linéarité est améliorée Effet sur la résolution en masse• avant la nouvelle calibration = 1.71+/-0.1 • après = 1.65+/-0.04

= 1.65+/-0.04

4e


Combiner le détecteur de trace et le calorimètre pour la mesure de l’impulsion H4e (N. Kerschen)

• Cette méthode consiste en un maximum de vraisemblance tenant compte des résolution en énergie du détecteur de trace et du calorimètre électromagnétique.

• Pour le détecteur de trace, la distribution de probabilité représentant la résolution du détecteur, peut être décrite par un breit-wigner asymétrique

• La résolution dans le calorimètre est décrite par une gaussienne

détecteur de tracecalorimètre

Pt < 30 GeV Pt < 30 GeV

σ= 0.033

Résultat de la combinaison


H4e resolution sur la masse (N. Kerschen)

Sans mesure combinée ID + Calo

et sans contrainte sur le Z

Avec mesure combinée ID + Calo sans contrainte sur le Z

Avec mesure combinée ID + Calo avec contrainte sur le Z

σ= 1.68±0.08

σ= 1.65±0.05

σ= 1.79±0.06

La méthode tenant compte de la largeur du Z consiste en un maximum de vraisemblance incluant la distribution vraie de la masse du Z et la résolution observée du détecteur sur la mesure de la masse du Z.


Etude de performances de H4µ (full pile-up +bruit de fond de la caverne)

H (180 GeV) 4µ event viewsignal with full pileup + cavern background sample

H(180)ZZ*4µ signal +pileup +cavern bkgr

efficiency for 4 µ ~81%

H(180)ZZ*4µ signal efficiency for 4 µ ~81.3 %

Combined ID-µ spectrometer efficiency using STACO

Pas de dégradation de performances observéemais: la simulation du bruit en cours d’amélioration


Conclusions

Qu’est ce qui a été fait depuis le TDR:• Etudes complètes avec des échantillons DC1

– Evaluation de performances de (e,µ)– Validation de la chaine de reconstruction– Développement de nouveaux algorithmes de rejection de

bruit de fond

Ce qu’on doit faire maintenant:– Analyses dans de conditions réalistes (bruit électronique,

pile-up, bruit de la caverne, “detector as built”)– Evaluer les performances avec le nouveau layout– Adaptation des analyses aux nouveaux format des outils

(ESD, AOD,AAN)

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