Arnaud Lucotte ISN Grenoble - LPSClpsc.in2p3.fr/atlas/lucotte/1.CONF/arnaud_ires_top_B.pdfArnaud...

Arnaud Lucotte / ISN Grenoble p.1

1. Introduction– Le Run II : motivations et caractéristiques

2. L’upgrade de DØ – Les nouveaux détecteurs de Traces– Les détecteurs à pied de gerbe – Performances

3. La Physique des saveurs lourdes– Physique du quark Top– Physique du B

4. Conclusion

Arnaud LucotteISN Grenoble


L’upgrade du TeVatron

Upgrade du collisionneur à Fermilab– Amélioration du Linac– Installation du Main Injector: synchrotron/accél. de 120-150GeV– Installation du Recycleur (MI): refroidissement/stockage/recyclage

des anti-protons

Caractéristiques de fonctionnement

Main InjectorTeVatron

Linac D∅∅∅∅

Run Ib Run IIa Run IIa Run IIb Structure / Paquets 6x6 36x36 140x108 140x108 Lum. (×1032 cm-2 s-1) 0.16 0.86 2.1 5.2 Lum. Integrée (fb-1) 2 10 ? Energie cdm (GeV) 1,800 2,000 2,000 2,000 Tps entre paquets (ns) 3500 396 132 132 Interactions / croisemt 2.6 2.3 1.9 4.8

CDF


Motivations physiques du Run II

Test de précision du Modèle Standard:– Propriétés du quark Top

• Mesure de masse, BR(t→Wb), σ(tt)...– Propriétés des bosons W/Z:

• Mesure de Z →bb, mw, Γw sin2θw

importance pour contraintes sur la masse du Higgs

Physique du B– Mesure d’oscillations du BS

• détermination de ∆ms / ∆md

• seule machine avant le LHC– Mesure de la violation CP dans B0

d-B0d

• détermination de sin2β– Spectroscopie, masses, tps de vie des mésons B– Désintégration rares du B– Test de QCD –production de bb

Recherche directe de Higgs (run II étendu)– Higgs de basse masse H →bb (mH<130 GeV/c2) – Higgs de haute masse H → WW* (mH<180 GeV/c2)

Recherche de nouvelle physique:– Production squarks et gluinos: q,g – Sensibilité à t,b– Production de paires de gauginos: χ1

± χ1ο et χ1

± χ20

~~~

~


∅∅∅∅


Le détecteur D∅∅∅∅

Calorimètre (bouchon)

Tube à Vide

Muons Torroide

Det. Traces


L’upgrade du détecteur D∅


Les détecteurs Centraux

Silicon Microstrip Tracker (SMT)– 6 barrels + 12 disques

Fiber Tracker (CFT)– 8 super-couches de fibres scintillantes

Solenoid– champ de 2T (supra-conducteur)

Central Preshower (CPS)– 3 couches de strips/pistes + fibres scintillantes

Forward Preshower (FPS)– Strips + fibres scintillantes


Détecteur au Silicium

Motivations:– mesure des moments des traces proche du tube à vide– mesure des vertex secondaires pour identification des quarks lourds

Caractéristiques:– 790 K canaux – Couverture : |η| < 3– Supporte radiations > 1 Mrad– Déclenchement de niveau 2: paramètre d’impact

6 barrels 12 Disques F 8 Disques H

240 cm


Silicon Tracker – détecteurs

Structure: détecteur à micro-pistes Si1. Tonneau: 6 modules, 4 couches

• Double Face: couches 1,3 (90o stereo) couches 2,4 (2o stereo)

• Simple Face: couches 1,3 (modules exterieurs)

2. Disques Centraux: 12 (2.5 < r < 10 cm)• 12 wedges double-faces / disque• pitch 50 & 62.5 µm, ±15.0o stereo

3. Disques Arrieres : 4 (9.5<r< 20 cm, z=94,126cm)

• 384 single-sided detectors for 4 disks,• picth 40 µm, ±7.5o stereo

carbon fiberhalf-cylinder support

cooling channel

beryllium bulkhead

ladder (layer 4)

1

23

4


Détecteur de Vertex

Performances– vertex primaire ~ 15-30 µm– paramètre d’impact ~ 50 µm

20 cm

Disque F

Barrel


Faisceau Test du Silicon

Faisceau test du Silicon détecteur (Juin - Septembre 1997)

125 GeV Pions

S/N ≈ 19:1

Charge déposéedans les clusters

σ ≈ 9 µmRésolution en Position


20cm

50cm

Détecteur Central à Fibres scintillantes (CFT)

Caractéristiques:– Fibres de diamètre de 830 µm– 8 super-couches de rayon r = 20 à 51 cm– 2 doublets par couche: Axiales + Stereo (angle ~3o) u-z, v-z– Couverture: |η| < 1.7– Nombre de canaux ~77k

Performances:– Résolution position

~100 µm– Information utilisée

niveau 1/2

130cm

uv stereoz-axial


Performances du CFT

Test avec des muons (cosmiques)a) 8.5 p.e. / fibre

• > 2.5 p.e. nécessaire pour 100% efficacité

b) Résolution sur la position (Doublet):• ~100 µm

c) Efficacité reconstruction (Doublet):• > 99.9%

(b)

σ=92µm

δx (mm)

0

500

1000

1500

2000

2500

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

(a)

Pulse height (p.e.)

0

10000

20000

30000

40000

50000

0 5 10 15 20 25 30 35 40


Tracker à fibres scintillantes


Front End:PS+traces

4.5o

Preshower Central (CPS)

Caractéristiques:– Pré-radiateur 2X0 (solénoide + Pb) – 3 couches de pistes triangulaires traversées par fibres scint.:

1 axiale (x) + 2 stereo 20o (u,v) = 1280 x 3 canaux – Lecture / secteur conjointe avec le Tracker

Performances:– Identification des particules:

• Position : résolution <1.4 mm (e- de 10 GeV) / 600µm (µ-)• ID : étiquetage électron avec Preshower + trace

– Déclenchement:• niveau 1,2: réduction des fonds QCD par facteur 3-5


Preshower Avant-Arrière

Caractéristiques:– Placement sur paroi externe du cryostat du Calorimètre bouchon – Couverture : 1.5< |η| < 2.5 – 4 couches de strips triangulaires / fibres scint.:

• 4 x stéréo 22.5o (u,v) = 14878 canaux• 2 couches(u,v) / Radiateur 2X0 (Pb) / 2 couches(u,v)

Performances:– Meme résolution que pour le preshower central– Déclenchement & ID particules:

• L1 & L2 : réduction des fonds QCD par facteur 3-5


Lecture des Fibres scintillantes

Système de lecture des fibres– Commun au tracker + preshowers– Signal (photon visible) guidé par fibres WLS

Amplification du signal – Cartes Analogiques “Front End” – Photo-conversion de photons visibles (VLPC)

• Température: T=6-13 K• Amplification: 40K-60K , efficacité quantique ~80%• Conversion : 15 p.e. / mip (1 mip ~ 0.8 MeV)• Bruit faible: seuil 1.3 p.e. (0.5% occupation)

Scintillating FiberOptical Connector

Waveguide Fiber

Mirror

Photodetector CassetteElectrical Signal Out

Cryostat

VLPC

1 photoelectron2

3

4

Pulse Height


Performance des détecteurs de traces

Résolutions sur pT et sur paramètre d’impact (SMT + CFT):– Haute efficacité de reconstruction (95%)– Résolutions vs rapidité η

• moment: dpT/pT2 = 0.002 (Silicon+CFT)

• paramètre d’impact b: <80 µm

– Reconstruction des Vertex:• Vertex primaire ~15-30 µm (r-Φ) pour tt / bb • Vertex secondaire: ~ 40 µm (r-Φ) , 100 µm (r-z)

η

0 1 2 3 4

∆ pT/p

T (%

)

0.1

1

10

100

pT=1 GeV

pT=10 GeVpT=100 GeV

Run Ia muons

δpT/pT = 8% @ pT = 45 GeV @ η = 0

II


Performance des détecteurs de traces

Efficacité d’ étiquetage du b / évenement– utilisation de nb de traces de haut paraméetres d’impact b±/s

Identification des électron/photons • Réjection E/p (calibration du CAL EM), signe (charges) • Déclenchement electron dès niveau 1

b±/σ=>=3=:> 50% de ttbar events< 2% de W+jets


Le Système Muon Central

1) Chambres Proportionnelles à dérives (PDT)

– Utilisation des PDT’s existantes pour |η| < 1– Utilisation de gaz (Ar+CH4+CF4) plus rapide (tps dérive ~450ns)– Remplacement électronique “Front End” (pas de temps mort)

2) Scintillateurs

– Extension couverture (sous le calorimetre)– Réjection des fonds cosmiques (timing)– Résolution en temps 2.5ns

• déclenchement L1 / ID en dehors du torroide • étiquetage en temps pour muons dans PDT’s

3) Scintillateurs - région centrale– 630 compteurs (70 en Φ X 9 en z) – Fournit:

• déclenchement L1• muon ID avant le torroid (muons de faible pT) • Etiquetage en temps des muons


Le Système MuonAvant/Arrière

Détecteur Arrière (1<==|η|=<=2):=– Remplacement des chambres proportionnelles (PDT’s)

• 3 couches de MDT’s de fine granularité: 1x1 cm2

– Utilisation de Gaz (CF4+CH4)• temps de dérive a 40-60 ns

Scintillateurs Arrières (1<==|η|=<=2):=– 3 couches de Scintillateurs pixel (∆η x ∆φ =Τ0.1Τx 4.5o) / octant

• Etiquetage en temps des muons , combinaison vs traces du CFT • Déclenchement niveau 1

Scintillateurs “pixel”“Mini-Drift Tube” (MDT)


Protection des chambres à Muons

Boucliers autours du tube à vide

– Composé de Fer (39cm), polyethylene (15cm), Plomb (15 cm)

– Rejette fonds

• p et pbar interagissant avec calo+ tube à vide+quadrupôles

SansShielding

énergie EMdeposée(GeV/cm3/sec):

Avec Shielding

r (cm)

z (cm)


Le Calorimètre de DO

Calorimètre – Absorbeur : Uranium / Echantillonneur: Argon Liquide

• Cryostat Central : | η | < 1.0 • Cryostat Avant/Arrière: 1.2 < | η | < 4.0

– Fine segmentation:• 5000 Tours: ∆ϕ×∆η = 0.1 x 0.1• Fine granularité (0.05 x 0.05) à l’extension maximale de gerbe EM • Tours de déclenchement: ∆ϕ×∆η = 0.2 x 0.2

– Performances:• σ(EM) ~ 16% / √E et σ(HAD) ~ 50% /√E • Résolution position ~0.8-1.2 mm pour e- de 100 GeV

Electronique du Run II– adaptation aux 396/132 ns entre paquets

• pipeline


L2FW:Combine objets (e, µ, j)

L1CAL

L2STT

GlobalL2

L2CFT

L2PS

L2Cal

L1PS/

L1FT

L2Muon

L1Muon

Detecteur Niveau L1

7 MHz 8 kHz 1 kHzCAL

FPSCPS

CFT

SMT

Muon

Architecture & Contraintes

(100 µs)(4.2µs)

L1FW: tours CAL, traces, Muon• 128 combinaisons (ORs) possibles• Calorimetre vs Preshower + traces • Calorimetre vs Traces

Niveau L2


Résumé: l’upgrade de

Détecteurs de Traces– Silicon:

• paramètre d’impact, vertex– Tracker à fibres scintillantes

• Moments, permet le E/p avec le calorimètre

Détecteurs de pied de gerbe:– Capacité d’identification d’électron/photon accrue

• région centrale et bouchon– Limite la dégradation de résolution de Emesurée

calo

– Déclenchement au niveau 1/2:• réjection x3-5 p/r calorimètre seul

Calorimètre– performances comparable à 5x1032 avec 2x1031 (en fait 15% moins bon)

Chambres à muons– Seuils pT plus petits (pas de “pre-scale”):

• single muon pT >7 GeV/c, • di-muon pT > 2 GeV/c

– Fonds réduits et amélioration du déclenchement

Déclenchement– Largeur Bande passante accrue: 7 MHz en entrée

• L1 → 8 kHz • L2 → 1 kHz • L3 → 50 Hz sur bande


Déclenchement avec le SMT

Principes d’un déclenchement avec le SMT– Projection des traces CFT dans SMT– Trouver hits / SMT le long de la trajectoire– Ré-ajuster la trace (SMT+CFT)– Calculer paramètre d’impact B + erreur

SB = B/σσσσB

σB2 = (12.6)2 + (49.7/ pT)2 µm

Bénéfices d’un déclenchement STT– Amélioration du déclenchement:

− Z→bb avec ε ~ 20% vs fonds 20 HzCollection de 43000 Z→bb (900 avec µ)

− ZH→ννbb avec ε ~ 80%

– Assure un échantillon important:– Reconstruction résonances bb– Résolution en Masse Mbb, énergie Jet– Estimation efficacité b-tag– Résolution de Masse


Le QuarkLe Quark TopTopLes Bosons W/ZLes Bosons W/ZLe MésonLe Méson BB


La physique du Top

Programme de Physique du Top au TeVatron– Masse du quark Top– Section efficace de production, dynamique– Rapport de Branchement, désintégrations rares– Vertex Wtb– Largeur du quark Top– Recherche de Higgs chargé

Le TeVatron au Run II– Energie dans centre de masse:

• de 1.8 TeV à 2.0 TeVProdution de paires tttbar:

σ(pp →tt+X)= 8 pb (accroissement de 40%) Production de “single top”

• accroissement de 22% dans tb (s-channel)• accroissement de 44% dans tqb (“W-gluon fusion”)

Statistique attendue au Run II:


Production du Quark Top

Production de paires de quarks Top au TeVatron– anihilation de quarks ⊕ fusion de gluons

– Section efficace de production:

Désintégrations du Quark Top

Classification états finaux:bjj+blν “jets + leptons”blν+blν “di-leptons”bjj+bjj “all-jets”

7.5 pb85%15%

5.5 pb90%10%

σ(σ(σ(σ( tt ))))Etat initial qq Etat initial gg

ECM=2.0 TeVECM=1.8 TeV

⊕


Evénement t t

Etiquetage du b par “soft lepton” Etiquetage-µ avec εb

µ ~ 10% / jet Etiquetage avec e (algo complexe) : PS+Calorimetre+CFT

ttbar (b-lepton) εbl ~ 20%

-

-


Evénement t t

Etiquetage du b par Vertex déplacéHadron b vole LXY ~ 3 mm– Performances de CDF (Run I)

• Résolution sur parametre d’impact ~ 40µm, L/σ ~ 3• Efficacité d’ étiquetage / jet : ~44% pour “fake” ~ 0.1%• Efficacité d’ étiquetage de paires ttbar ~42%

-

-


Masse du Top: “lepton+jets”

Sélection des événements (type “Run I”)– 1 lepton isolé, E– ≥ 4 jets, utilise les “leading jets”– Etiquetage du b– Ajustement cinématique (2C):

• 24 variables, 1 libre• 3 contraintes:

M(lν) = MW , M(qq’)=MW

M(lνb) = M(bqq’)combinaison de meilleur mfit ,χ2

– Fonction de vraisemblance:

• calcule densité probabilité D = Π S/B per évt

tt e,µ

ν

“centralité”

“vs gluon rad”

“Aplanarité”

b

b


Masse du Top: “lepton+jets”

Détermination de la Masse: [Abott et al., hep-ex/9801025]– Ajustement likelihood L(mt) = D / 1+D dans le plan (mt , D)

• 91 événements (7 b-tags)

mt = 173 ± 5.6(stat) ± 5.4(syst) GeV/c2

Incertitudes principales:– Echelle d’énergie– Combinatoire + gluon

• 12 (pas btag)• 6 (1 b-tag)

4.0 GeV2.5 GeV1.9 GeV1.3 GeV0.9 GeV1.0 GeV5.4 GeV

échelle d’energie JetFond W+jets

tt QCD radiationBruit & int. multiple

MC statistique Fit Likelihood

TOTAL

ErreurSystématiques


Masse du Top: “di-leptons”

Sélection des événements– 2 leptons isolés + Energie manquante – Ajustement Cinématique:

• 24 variables, 4 libres (2ν)• 3 contraintes : (-1C)

M(lν) = MW , M(l’ν’)=MW

M(blν) = M(bl’ν’)résolution en supposant connue mt

– Fonction de Vraisemblance: P(mt | {oi}) ∝ P({oi} | mt) • fonction de la cinématique & espace des phases de tt • fonction des variables cinématiques {oi} (MC)• fonction des fonction de résolution du détecteurs• fonction de l’assignation des jets

consommateur de temps CPU !

– Modélisation simplifiée:

• Variables des neutrinos (νWT) poids W fonction de mt

• Pondération Element de Matrice (MWT)

Data vs MC(signal+fonds)

ν

t

e,µe,µ

ν

t

b

b


Analyse en di-leptons

Détermination de la Masse [Abott et al., hep-ex/980829]– Ajustement likelihood –ln L(mt) (νWT et MWT ~ sensibilité)

• 6 evts (2 ee, 3 eµ, 1 µµ )

mt = 168.4 ± 12.3(stat) ± 3.6(syst) GeV/c2

Incertitudes– Echelle d’énergie– Forme des fonds & signal

(générateurs)– Statistique


échelle d’energie JetGenerateur FondGenerateur SignalBuit & int. multiple

Fit LikelihoodMC statistique

TOTAL

ErreurSystématique


Masse du Top au Run I

Résultats au Run I– Combinaison de 5 mesures (3 CDF + 2 DO)

– Incertitudes:stat. ~ systématique• énergie jet• Fonds, pdf• Statistiques

– Corrélations:100% (2 exp.): • distribution partonique• gluon ISR, FSR 0% : • Echelle d’ énergie jet• fonds , etc...

CD

F l+

jets

CD

F al

lhad

CD

F di

lept

on

D0

dile

pton

D0

l+je

ts

CDF l+jetsCDF allhad

CDF dileptonD0 dilepton

D0 l+jets

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Correlation in top mass


Masse du Top au Run II

Perspectives au Run II– Capacite de sélections accrues:

• Calibration des jets pT utilisant les data:Z+jets , γ+jets, W→jet jet, Z →bb

• Contraintes MC par data• Meilleure identification des e/µ• Meilleure systématique avec double-étiquetage du b

– Erreurs systématiques probablement réduites:• “lepton+jets”:

– Incertitude totale:• ∆mt = ± 2 - 3 GeV/c2 ( par expérience)


Run I1.3 GeV2.2 GeV0.7 GeV0.4 GeV0.3 GeV2.3 GeV2.7 GeV

StatistitiquesEnergie Jet

Generateur FondGenerateur Signal

Fit LikelihoodTotal syst.

TOTAL

Run IIIncertitudes


Pourquoi mesurer mt ?

Interet de la Mesure de la Masse du quark TopDe nombreuses prédictions du MS dépendent de mt , ex: – Mélange BB

– Corrections radiatives aux masses W / Z • paramètre

ρ = mW2/mZ

2cos2θw

• ρ →1+∆ρ≡ (α/π) mt

2/mW2 -(α/4π) ln(mH

2/mW2 )

contraintes sur mH *dans MS*• Avec:

∆mW ~ 40 MeV/c2

∆mt ~ 3 GeV/c2

W

d

d

Wb

b

tt

d

d bt

W W

b t

preliminary

68% CL

Run II (2 fb-1)

−


Sections efficaces du Top

Mesures au Run I

Perspectives au Run II– ∆σ(tt) ~ 8%

• les incertitudes en majorité varient en 1/√N (stat)• systématiques sur fonds, acceptance réduites avec stat.

– Mesure B(t→Wb)/B(t→Xb)• precision attendue de 7% (2fb-1) • sensible aux désintégrations sans W (ex. H+b; stop léger)

– Recherche de résonances ttbar• Utilise le Spectre mtt (ex: Z’)


BR(t→Wb) et Vtb

Rapport de Branchement – BR(t→Wb) ~ 100% dans le Modèle Standard

Mesure de |Vtb| – Attend |Vtb| ~ 1 avec 3 générations

• 4eme génération: départ de 1.... – Mesure:

• rapport d’evts avec 0,1,2 jets étiquetés-b dans l+jets • corriger d’acceptance/efficacité:

• CDF: Run I = 0.99±0.29 • Si on suppose 3 générations, alors |Vtb| > 0.76 @ 95%CL

Perspectives au Run II– Mesure avec évenements tt:

• ∆ |Vtb | ~ 2% (2 fb-1)

B t W bB t W q

VV V V

tb

td ts tb

( )( )

| || | | | | |

→ +→ +

=+ +

2

2 2 2

-


Production de single Top

Production de single Top / courant chargé– Production:

σ=2.44±0.12 pb σ=0.89±0.05 pb signal = l+2 jets+ 1b-tag signal = l+2 jets+ ≥ 1b-tag

– Largeur par mesure de:σ(single top) ∝ Γ (t → W+b)

Perspectives au Run II (2 fb-1)

– Nombre evts ~ 330– Rapport S/B ~ 1/10

• ∆σ(single top) ~ 19% • ∆Γ(t W+b) ~ 27% • σ(qq →tb) ∝ |Vtb|2

∆|Vtb| ~ 14%

q

q–´

W*

t–

b

s-channel W* process

g

b

W

q

b–

t

q´W-gluon fusion process


Recherche de Higgs t→ bH±

Recherche de Higgs chargé – Modèle Standard Minimal, 1 seul doublet Higgs

• Un boson de Higgs physique H0

– Modèles étendus (MSNM, MSUSY) à 2 doublets Higgs• 5 Higgs phsyiques: H, h, A, H+, H-

• Secteur électrofaible spécifié par: mW, mH, tanβ(tanβ = rapport des vev des 2 doublets de Higgs)

• Si mH± < mt – mb,

BR(t→ bH+) important ∀ haut / bas tanβ• Désintégration H+

H+ → τ ν, cs H+ → t*b → Wbb

– Analyse:• disparition d’ événements σtt

• calcule P(mH±, tanβ | n(obs) )

– Perspectives Run II• section σtt augmentée de 40%

sensibilité accrue (~600evts)

Wbb

cs

τντντντνBR(t→→→→ bH+)>0.5


Corrélation de spin du Top

Principe de la mesure– TeVatron: 90% des états initiaux sont qqb avec gluon spin-1– Les Top se désintègrent avant hadronisation

• leptons sensibles à la polarisation du Top

– asymétrie “même spin” vs “spin opposé” dans les paires ttbar~70% ttbar d’hélicité opposée

– Mesure de corrélation angulaire θ+ vs θ-

• κ = 0 : corrélation de spin• κ = 1 : corrélation de spin• κ > -0.25 @ 68%CL (Run I)

Perspectives au Run II– Mesure à 3σ

l+ν

b

optimalaxis

θθθθ++++

l-

ν b

optimalaxis

θθθθ−−−−

t rest frame t rest frame


Echelle d’énergie des jets

Correction de l’ échelle d’énergie des jets– Principale source d’incertitude dans mt:

• Association parton / jet reconstruit dans calorimètre hadroniqueCalibration en 3 étapes:

– Fonction de:• la définition des jets (cone de largeur ∆R, énergie E), η(jet)

– Offset dans la réponse en énergie du calorimètre O (∆∆∆∆R,ηηηη,E) :• Correction du bruit électronique + fission Uranium• Corrections des interactions multiples (lumi. dépendant)• Corrections du fond provenant des “quarks spectateurs”

– Détermination de la réponse en énergie R(∆∆∆∆R,ηηηη,E)• Utilise événements γ + jets pour la calibration (EM vs Hadron)

– Correction des modèles d’ hadronisation + gerbe S(∆∆∆∆R,ηηηη,E)• Energie flow et développement du jet (gluon en dehors du jet)

Ejet = {Erecojet-O}/ (1-S) R


Calibration des jets au run II

Echelle d’ énergie des jets– Si l’ échelle d’ énergie fausse

biais systématique sur mt

Calibration avec jets de b (Z → bb):– bénéficie de déclenchement

dévolu aux Z → bb• Traces + Ht parametre

d’impact au L2 – Pour évenements étiquetés b

• reconstruire Z → bb∆Mbb/Mbb

• réduire l’erreur sur échelle

d’énergie du jet Réduction incertitude : 2 à <1 GeV

Calibration avec ttbar– Echantillons de ttbar (double t-tag)

• échelle d’ énergie des quarks légers (W →qq’)

– Avantages: • peu de fonds non-top

– Inconvénients:• dépendance aux jets de gluons

résolution avec qq seuls: 18 GeVrésolution avec qq+g : 36 GeV !


Etiquetage du b au run II

Etiquetage des b par vertex déplaces– crucial au Run II – Approche multi-tag a DO:

• parametres d’impact• vertex secondaires• soft-lepton dans jet• likelihood

Prob(b), Prob(c) / jet– Performances *préliminaires*:

• “MC rapide” (SMT+CFT):• Efficacité = 0.56±0.01 (vertex)

– Perspectives Run II:• Efficacité εb~ 65% (lepton e +µ +vertex) / jet (extrapolation CDF)



b-jets

c-jets u,d,s,g-jets

Etiquetage des b par vertex déplaces


Résumé: Physique du Top au run II


Physique du B au Run II

Contexte au TeVatron:

– section efficace inélastique tq: S/B ~ 10-3 !!déclenchements spécifiques

Programme au Run II– Tests de QCD , production de Charmonium– Principal source de BS avant le LHC

• Oscillations BS0 → DS nπ

– Mesures de masses et temps de vie• Hadrons: B± Bd

0 BS0 Λb

– Spectroscopie du système Bc – Désintégrations rares


Tests de QCD au Run II

Mesure de section efficace bb– Mesure de section eff. inclusive

• Signal: pp → bb+X : µ+jets, µ µ +jets, J/Ψ(µµ)X• Fonds: π/K → µν , c→ µX, W→ µν, Z→ µ µ, cosmic

– Analyse:• mesure muon: dσ/dpT

µ (|ηµ |)• fraction provenant de b:

dσ/dpTµ (b→µX)

• soustraction des fonds (MC)Section efficace totale/ dif.

– Résultats:Comparaison Data vs MC:

désaccord de facteur 2 – 4 !!

Mesure des corrélations bb → µµ+X– identifier mécanismes de production

par mesure de ∆Φµµ• LO : anihilation qqb + fusion gg• NLO: directe,

excitation saveur splitting gluons

Perspectives Run II:– confirmer

• accord / désaccord avec stat.• identifier mécanismes production


La matrice CKM

Matrice CKM dans le modèle standard– Description des courants chargés: (Wolfenstein)

• Eléments non prédits par le MS. Contrainte d’unitarité.• Eléments contraints par les mesures

• avec: λ ≡ sinθc ≈ 0.22A , ρ, η ≈ de l’ordre de 1

– Contrainte expérimentalement

Violation CP dans le modèle standard– intervient via la phase η (Wolfenstein)

• Amplitudes violant CP: JCP ≈ A2ηλ6 ≈O(10-4)effets faibles attendus dans le MS !

• Par les interférences

��

��

��

��

tbtstd

cbcscd

ubusud

VVV

VVV

VVV ��

��

��

��

−−−−−−−−−−−−

−−−−−−−−

−−−−−−−−

≈≈≈≈

1)1(

21

)(21

23

22

32

AλiηρAλ

Aλλλ

iηρAλλλ

+O(λλλλ4444)


Les triangles d’unitarité

Triangle d’unitarité

– Contrainte théorique d’unitarité:

• 6 relations, dont 1 impliquant les éléments moins connus:

Vtb*Vtd + Vcb*Vcd + Vub*Vud = 0

• représentée par des triangles d’aire ½ JCP

La violation CP dans le MS– Violation CP ⇔ triangle non nul

ie: angle + coté ≠ 0

– Nécessité de la Mesure des angles:• Bd →π+π- pour sin2α (CDF)• Bd →J/Ψ(ll) Ks (π π) pour sin2β (D0+CDF)

– Nécessité de la Mesure de coté(s):• Oscillations B0

d− B0d *et* B0

S − B0S (D0+CDF)

(ρ,η)

ααααBd →ππ→ππ→ππ→ππ

Bd →→→→ J/ΨΨΨΨ KS

B →→→→ lννννXu

Bd →→→→ D0K*0…

ββββγγγγ(1,0)(0,0)

*

*

cbcd

tbtd

VVVV

1-ρρρρ-iηηηηρρρρ+iηηηη

−−−−−−−−


Contraintes sur le triangle d’unitarité

Contraintes sur ρ et η– Mixing du Bd , du Bs

contraintes sur |1 - ρ - iη |– Violation CP dans les désintégrations du K0

L

contraintes sur η(1-ρ+ 0.35 )– Désintégrations semi-leptoniques du B (pas de c)

contraintes sur: √ρ2+η2

sin2β = 0.75 ±0.09 (CERN-EP/98-133)

- Résultats de CDF (Run I): - mesure des oscillations du Bs

Note: Depuis , doit ajouter les résultats de BBar et Belle !


Mesure de l’asymétrie CP dans le système B0

d -B0d

Asymétrie dans le système B0d -B0

d– Oscillations de B0

d -B0d :

– Asymétrie:

Mesure de l’asymétrie dans B0d (B0

d )→ J/ψ Ks– Asymétrie CP (intégrée en temps) :

– Asymétrie observée:

Aobs = Dtag Dfond Dmix ACP

• Dmix = xd / (1+xd2) mélange des états B0

d

• Dfond = √S/(S+B) rapport S/B (résolution de M)• Dtag = 1- 2pmistag pmistag= fraction de mauvais étiquetage

– Trois étapes dans la mesure:1. Déclenchement 2. Reconstruction de l’événement3. Etiquetage de la saveur du B

M. Standard

Asymétrie dans le taux de production du meme état CP:

B0→→→→B0→→→→F ≠≠≠≠ B0→→→→B0→→→→Fββββ−−−−

ββββ

≈≈≈≈∝∝∝∝→→→→

≈≈≈≈∝∝∝∝→→→→2i2*

td2tdd

2i2td

2tdd

e|A|Vm)BB(Ae|A|Vm)BB(A

BB00

H0

2

B

BLHB

00L

0

MBqBpBdbB

)10(OMMMBqBpBdbB

∆∆∆∆<<<<<<<<∆Γ∆Γ∆Γ∆Γ−−−−========

≈≈≈≈ΓΓΓΓ

∆Γ∆Γ∆Γ∆Γ−−−−====∆∆∆∆++++======== −−−−


Déclenchement J/ψ → l+l-

Signatures utilsées au Run II:1. Déclenchement single muon

• [L1] single muon (Trace+ Hits dans chambre Muon / scintillateur)• [L2] Traces a haut paramètre d’impact

2. Déclenchement dilepton:• [L1] di-lepton avec Calorimètre + PreShower + Trace (e)

Muon Hits + Track (µ) • [L2] Masse M(ll), Séparation angulaire, paramètre d’impact

Stratégie de déclenchement: – Caractéristiques du signal:

< pT(J/ ψ)> ~ 0.7 < pTB >

avec < pTSB> ~ MB

< pTl > ~ 2.5 GeV/c

électrons seuils calorimétriques très faibles ET

muons: seuils scintillateurs très faibles

– Caractéristiques du Fond:Fonds QCD (dijet) élevé (>5 kHz)

nécessite de combiner un maximum d’info au L1

déclenchements spécifiques


Déclenchement J/Ψ→e-e+ (L1)

Efficacité:– centrale ε ~ 12-18%– avant/arriere ε ~ 5-10%– dépend des seuils:

• calo: ETCAL ~ 2.75-3.0 GeV

• Preshower: EPS ~2-5 MIPsFond di-jets:

– Taux: 200-1000 Hz – Controlé par

• coincidence par quadrant• seuils EPS , & ET

CAL


Déclenchement J/Ψ→e-e+ (L2)

Efficacité:– centrale ε ~ 8-15%– avant/arriere ε ~ 4-8%– dépend de seuil L1 CAL ET

Fonds dijets QCD:– Taux: 50-100 Hz: région centrale – avant / arrière – Réduit par Fenêtre en Masse

• EM isolation• Coincidence fine tour EM vs PreSshower (3D)

– Réductible: utilisation du vertex• ≥2-3 traces / haut paramètre d’impact


Déclenchement J /Ψ→ µ−µ+

Déclenchement muon– Déclenchement (L1):

• single muon – Déclenchement (L2):

• Di-lepton: M(µ−,µ+),∆Φ(µ−,µ+)• Traces de haut paramètre

d’impact: SB = B/σσσσB

Performances attendues:– Efficacités:

• di-µΤ+Τµ+X ∼ Τ20%– Fonds QCD:

• Taux Fonds L2 ~ 30 Hz


Reconstruction de Bd →J/Ψ Ks

Reconstruction du J/Ψ→l+l-:– 2 leptons de pT > 1.5 GeV/c et |η| < 2.0

Reconstruction du K0S→π+π-

– 2 pions π± de pTπ > 0.45 GeV/c et |η| < 1.8

– Kaon K0S de pT

K > 0.75 GeV/c – Lxy /σxy ≥ 5


Reconstruction de Bd →J/Ψ Ks

Reconstruction du Bd →J/Ψ Ks– Reconstruction du vertex

• Vertex reconstruits min. 2 traces

• Temps de vol moyen ~2.3mm

• Resolution Vertex mesuré ~100 µm

– Ajustement de la Masse• 4 traces • Suppose B→ J/ψ +KS

• Contrainte sur:M(ππ) = M(KS) M(µµ)=M(J/ψ)

• Contraintes de Ks sur le vertex B

Performances Run II– Resolution Masse:

• σM(B)=10 MeV

IDEntriesMean

345 2000

0.2316

IDEntriesMean

346 447

38.99

94.34 / 16Constant 256.4Mean 5.271Sigma 0.1018E-01





Etiquetage de la saveur du B

Etiquetage de la saveur du B:– Facteur de mérite: εtag Dtag

2

• Efficacité d’ étiquetage εtag

• probabilité de mauvais étiquetage P: Dtag = (1-2 P)

– Etiquetage “coté du B”:• saveur(B) correlée au π+/-

– Etiquetage “coté opposé”:• Lepton issu du b (b→lX)• Charge du jet (Q<0 pour b)

– Estimation Run I vs Run II

• DO: εεεεtag Dtag2 ≈≈≈≈ 6.7%

bd

u

π -B0

d

u d

π -

B0d

B**-

b

Tag =====ε D 2 (%)

CDF Run I ε=D 2 (%)

CDF Run IISame side 1.8 ±=0.4=±=0.3 2.0

Lepton(soft) 0.9=±=0.1=±=0.1 1.7 Charge Jet 0.8 ±=0.1=±=0.1 3.0

Cote Opp. K 2.4 Combinaison 9.1


Violation CP avec B0d→J/Ψ=KS

Projection pour δsin2β (temps intégré)

• Dmix = 0.47 (xd=0.71)• Dfond = √ S(S+B) ~ 0.7 (S / B =1)• .εTag D2

tag ~ 0.067

– 1 an de prise de données à DO:

- Comparaison avec autres expériences:

D∅∅∅∅ CDF1fb-1 1fb-1

8K 9K0.11 0.09

BaBar30 fb-1

1.1K0.10

1 fb –1

15%3,5000.14

J/Ψ→Ψ→Ψ→Ψ→e-e+1 fb-1

20%4,5000.12

Luminosité Efficacité decl.(%)Evts reconstruits

Sensibilité δsin2β

J/Ψ→µΨ→µΨ→µΨ→µ-µµµµ+Mode


Les oscillations dansle système B0 -B0

Les oscillations dans le systeme B0−B0

– Etats propres d’interactions forte et EM (fragmentation, hadronisation)

– L’interaction faible ne conserve pas la saveur

• Mélange des états B0−B0 : diagrammes en boites (ordre 2)

• Oscillations entre les deux états B0−B0 (t)

• Dépend de la différence de masse ∆mB , ΓB des 2 états:P(B0→B0) ≠ P(B0→B0)

• Intégration dans le temps:

χ = ½ x2 /(1+x2) où x= ∆mB/ΓB

– Interêt des mesures:

• ∆mq ∝ GF mBq mW2 |Vtb*Vtq|

coté du triangle d’unitarité !

rapport ∆ms / ∆md ∝ |Vts/Vtd | !

Vtb

)10(B

B

200

00

−−−−≈≈≈≈ΓΓΓΓ

∆Γ∆Γ∆Γ∆Γ∆∆∆∆<<<<<<<<∆Γ∆Γ∆Γ∆Γ−−−−====

ΓΓΓΓ−−−−ΓΓΓΓ====∆Γ∆Γ∆Γ∆Γ−−−−====∆∆∆∆++++====

OMBqBp

MMMBqBp

B

BBBH

HLBLHBL


Mixing du BS à DØ

Enjeu de la Mesure – Fréquences d’oscillations liées a ∆mq ∝ Vtb

* Vtq2

• Vts > Vtd , le Bs oscille + vite que le Bd

– Modele standard prédit une valeur observable– Les Bs ne sont pas produits à Υ(4s)

Echantillons utilisés– BS → DS π+ 100 - 300 evts– BS → DS π+π− π+ 300 - 900 evts

• DS → φπ= → ΚΚπ=• saveur finale étiquetée par charge du DS

• modes hadroniques basés sur lepton du b opposé

– BS → J/ψ +=Κ=

∗ 300 - 1000 evts• déclenchement plus facile• étiquetage de la saveur ε=D2 ~ 6.7 % • saveur finale étiquetée par la charge du K dans

Κ ∗ → Κ +π−

)(

)()06.016.1(

|tsV||tdV|

dBmmsBmm

s

d

••••∆∆∆∆

••••∆∆∆∆••••±±±±====


Futur des expériences B

1ere génération d’expériences B

2eme génération d’expériences B

0.09 0.13


B → π+ π- à DØ

Analyse B → π+ π-

– Déclenchement sur lepton du B opposé• 1 lepton pT > 3 GeV/c • 2 autres traces de pT > 1.5 GeV/c

– Efficacité de detection:→ 0.25 - 0.5 %

Evenements attendus au run II– Bd → π+ π- 300 - 600– Bs → Κ+ Κ- 650 - 1300– Bd → Κ+ π- 1300 - 2600– Bs → Κ+ π- 150 - 300


Physique des bosons W/Z

Production au Run II– Graphes:

– Sections efficaces élevées:σ(pp→Z+X)~7nb et σ(pp→W+X) ~ 7 nb

– Modes au Run II:• W → eν, µν (~11%)• Z → ee, µµ ( ~ 3% )• Z → bb (Run II)

– Statistique attendue (2 fb-1):

1

10

10 2

10 3

10 4

10 5

10 6

10 7

82-83 84-85 88-90 92-93 94-99

UA1 (elec) UA1 (muon)

UA2 (elec)

CDF (elec)

CDF (muon)

DØ (elec)

DØ (muon)

LEP II (total)

Years of Collider Runs (SPS, Tevatron and LEP II)

Num

ber

of W

bos

ons

dete

cted


Masse du boson W

Masse au Run I– Masse transverse:

MTW = √ 2 PT

ePTν (1 - Cos∆φ)

– Résultats DO: mW = 80.48±0.09GeV/c2

– Incertitudes dominantes:mT (GeV)

num

ber

of e

vent

s

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

65 MeV75 MeV25 MeV15 MeV15 MeV37 MeV 92 MeV

Run IStatistitiquesEnergie Jet

Resolution Detecteur PDF’sPT(W)

Recul (Modele)TOTAL

Incertitudes


Masse du boson W

Perspectives au Run IIRéduction des incertitudes– Statistique:

• Diminue à <20 MeV (mais limité par int./croisement)– Résolution & réponse du détecteur:

• Taille des échantillons statistiques (Z,J/Ψ,Υ)– Modèle de production MC:

• Contrainte des fonctions de structure partoniques (pdf)• Différence production W,Z visible (haute stat.)

Incertitude totale attendue: ∆mW = 40 MeV/c2

Autres options pour mesure de mW

• Masse a partir du spectre en pT de l’électron(sensible à pT

W)• mesure du rapport MT

W / MTZ

(utilise LEP, sensible a l’acceptance du neutrino)

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

1

10

0 50 100 150 200 250 300

b-space (Ladinsky-Yuan)CTEQ4M g1=0.11 GeV2

g2=0.58 GeV2 g3=-1.5 GeV-1

Fixed-order (O(α2))sMRSA

DØ 1994-1996

pT(GeV)

dσ/d

p T*B

R(Z

→ee

) (p

b/G

eV)

PT(Z) spectrum


Largeur du boson ΓW

Largeur du W– Test les couplages du W / comparaison au SM– Test des corrections sensibles aux effets non standard

Mesure de R:

– Résultats:ΓW=2.062 ±0.059 GeV

Perspectives au Run II

– Attend (2 fb-1):

• ~0.010 (stat) GeV • +err. théorique

– Mesure directe !• -sensible à erreur theo.• Utilise spectre MT

∆Γ = 30-50 MeV

MTW lineshape

RW/Z = σ*B(W)/σ*B(Z)

Run IIa

SM


Propriétés des bosons W

Contraintes sur fonction de densité partonique (pdf):– Mesure de l’asymétries de charge due à:

Asymétrie dans la distribution leptonique

– Bénéficie a D0: • couverture détecteur

|η| < 2.5• Electron ID (preshower)• Muon ID

Perspectives Run II– Contrainte des pdf’s:

• CTEQ, MRSD ...

– Mesure cruciale pour *toute* mesure de précision

|ηlepton|

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

CTEQ2M, 2/fb

MRS D-, 100/pb

Asy

mm

etry

60

Production: Xu > Xd Couplage V-A

pu d

_

p_

W+l+ ν

W++


Asymétrie avec le boson Z (AFB)

Asymétrie Avant-Arriere avec Z→ll, qqbar– Processus au niveau des partons (qq → ll)– Dépendance en gV et gA du Z aux leptons– Sensible à sin2θW

Perspectives au Run II– 2fb-1 => 100k Z->ee events

– mesure sin2θW pour les quarks légers jusqu’a 0.001 (LEP 0.0016)– Erreur systématiques faibles car effet minimal de la fragmentation– Test du MS et contrainte sur le rapport u / d (pdf)

e+e- Mass (GeV/c2)

40 60 80 100 120 140 160 180 200

Asym

met

ry, A

FB

-0.4

-0.2

0.2

0.4

0.6

-0.0

ppbar->e+e-

100,000 events


Couplages anormaux

WWg and WWZ Couplings– ¨ SM predicts triple gauge boson coupling

– 4 independent amplitudes with coupling constants– k = 1, l=0 k = 0, l=0 – CP

– tree level unitarity constrains couplings to SM values at high energiesintroduce form factor

– ¨ study via diboson production : Wg, WW, WZ

– ¨ non standard couplings ® increased cross section– harder pT spectrum

W

W

γW

W

Z

~ ~

1

1 2( )+S n

Λ


Limites sur couplages non-standard WWγ=et WWZ Channel present limits 1 fb-1

Wγ→lνγ |∆κγ=|ΤΤΤ<ΤΤ1.4 <Τ0.38|λγ=| <ΤΤ0.4 <Τ0.12

WW, WZ →lνjj |∆κγ=|ΤΤΤ<Τ 0.8 <Τ0.35|λγ=|ΤΤΤΤΤ<Τ0.5 <Τ0.19

→ Limites gagnent un facteur 3-5 au RunII

Couplages anormaux


Paramétrage des Couplages tri-linéaires – h1

Z, h2Z, h3

Z, h4Z h1

γ, h2γ, h3

γ, h4γ

– dans MS: hiV = 0

|h3,1| |h4,2|RunI RunII RunI RunII

ZγΤΤ→llγ <1.6 < 0.11 <0.4ΤΤΤΤΤΤ<0.0064→ννγΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤΤ<0.9ΤΤΤΤΤΤΤΤ<0.038 <0.21ΤΤΤΤ<0.0027

– Limites gagnent un facteur 10-100 au RunII (1fb-1)

Z

γZ

Z

γγ

Couplages ZZγ, Zγγ


Conclusion

Le TeVatron délivre des données depuis 1er mars DØ est au complet (hardware), détecteurs installésConfiguration complète de l’electronique: ~été 2001

Les capacités DØ sont significativement amélioréesNouveaux détecteurs de traces dans 2T: traces, vertexAmélioration du système de détection des muonsNouveaux preshowers: capacité d’ID electrons/photons

Les perspectives de physique sont enthousiasmantesMesures de précision (EW, Top, MW)Physique du B: violation CP, Bs mixingRecherche de signaux SUSYRecherche de Higgs mH < 180 GeV (Run IIb)


t and b sensitivity– Depends on their decay channels:– Should be sensitive to t as heavy as 250 GeV

if t →=b χ1± or t →=b l ν

• q, g production– jets + ET signature– Sensitive for masses up to ≈ 400 GeV

• Gauge-mediated SUSY breaking: utilize new experimental capabilities

– Gravitino G is the LSP – If χ1

0 is NLSP, χ10 →=γ=G:

γγ+ ET: excellent ET resolution in DØif displaced photons: photon pointing to ~2 cm

using calorimeter + preshower– If τ is NLSP, τ=→=τ=G

τ’s with missing ET

or τ’s with large impact parametersor τ’s with highly ionizing tracks: dE/dx in SMT

SUSY in Run II

~ ~

~~~ ~

/

/

~

~

~

~

~ ~ ~

~ ~

/

~


In mSUGRA framework

m0 = universal scalar mass at GUT scalem½ = universal fermion mass at GUT scale

Gaugino pair production (χ1± χ1

� and χ1± χ2

0 ) can probe m½ up to ~250 GeV for favorable values of parameters. Corresponds to gluino mass of ~ 600 GeV. Search for trilepton signatures.

Similar sensitivities in jets + ET channelFor large tanβ, τ decays of χ dominant

– Run II improved τ-jet id (narrow jets + tracks in cone) important for τ signatures

~ ~ ~ ~

~ ~/


faisceau test du prototype FPS

Objectifs:– Test de l’ électronique d’acquisition (SVX-II)– Caractérisation des particules e / pions– Calibration du détecteur (pe’s / MIP)

Banc d’essai:– faisceaux pions, électrons (30, 50, 70 GeV)– 4 modules testés, chips SVX-II, VLPC + Cryogénie


Déclenchement avec le nouveau L1

Principes du niveau L1– 2 niveaux “hardware” (FPGA):

• détecteur-spécifiques: liste d’objets• global: combinaisons des informations (plusieurs sous-détecteurs)

– 128 termes / declenchement topologiques:• Calorimètre + Traces signées + Preshower / par quadrant• Muon + Traces

Bénéfices physiques– Physique de faibles pT

• Amélioration du déclenchement de: électrons, muons provenant de b J/ψ→ee,µ µ

• Réjection Fonds QCD: σbb / σpp ~1/1000 ! facteur 2-5 de réjection

– Physique de haut pT

• meilleure efficacité W/Z, ttbar, et meilleure réjection fondslibère bande passante: ET(e)>10 GeV: 700~Hz réduit à 200 Hz !


Compteurs à scintillation

Compteur A-Φ

Scintillateur “cosmic-cap”

Scintillateur “bottom”


Performances du CPS

Tests avec des muons (Cosmiques):

DataQ cosθSingletDoublet

(a)

Charge (p.e.)

Eve

nts/

0.5

p.e.

0

500

1000

1500

2000

0 5 10 15 20 25 30

y-ytrk (mm)

Eve

nt/0

.2m

m a) CPS 11m Datasingletdoubletfit

MC

0

1000

2000

3000

-10 -5 0 5 10

Lumiere & Charge

- 11m clear waveguide

- Singlet = trace passe a traversun simple strip

- Doublet = deux strips

Resolution

muons

σ(doublet) ≈=550=µm


Performances du FPS

Electrons: forme de gerbe EM versus MC:

Calibration: 1 mip = 14±3 p.e. EFPS vs EVraie

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200True energy in GeV

< E

(tot

al)

> (m

ip)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Eff

icie

ncy

in %


1/4 Detector

CFT Layers

Pre-Shower

CAL tower

��

��

L1PS

L1CFT

L1CAL

Déclenchement EM central L1

Calorimètre EM / HAD basé sur: # tours EM (0.2x0.2) avec E> seuil (2.5 , 5, 7, 10 GeV)

Pré-Shower Central (CPS)basé sur: # gerbes EM = Σ strips avec Estrip > seuil Haut/Bas

Détecteur de Traces central (CFT)– #trajectoires signées / bin pT [1.5-3], [3-5],[5-10] GeV/c

Déclenchement global:– Coincidence par quadrant etc... 128 combinaisons possibles

• 1 tour EM + ( 1 gerbe CPS + 1 Trajectoire pT )


TE

EMseed

TE

2nd

EM Tower block* 33

windowisolation

3*3 Hadronic Tower block

��

��

��

��

��

L2CAL

L2PS

L2CFT

L2CTT

0.2*=Cal Tower∆η, ∆φ)( 0.2Φ

Z

u

x

v

cps(η,φ)

Déclenchement EM central L2

Calorimètre EM/HAD– Tours calorimétrique “seed” = L1 – Energie EM totale du dépot:

• ETEM = ETSEED + ET2nd-max – Fraction EM du dépot:

• EMF = ETEM/(ETEM+ETHAD)– Isolation du dépot:

• TISO = ETEM/Σ(ETEM +ETHAD) (3×3 Σ + “seed”)

Préshower PS:– forme les gerbes 3D (u,v,x) →(η,ϕ,z) étiquetée electron/photon

Détecteur de Traces (CFT)– convertit les trajectoires L1 en trace (fit)– extrapole trace jusqu’a 3eme couche du calorimetre EM(3)

(maximum de la gerbe)

Détecteur Vertex (SMT+CFT)– combine traces CFT et SMT – ré-ajustement :

• pT, d0 parametre d’impact


Electron dans FPS

Pb

L1CAL

L1PS

Déclenchement EMAvant/Arriere

Calorimetre EM • tours EM (∆η×∆Φ = 0.2�0.2) ☺ ET >[2.5, 5, 7, 10] GeV

PreShower Avant /Arriere • gerbes = Σ strips avec Estrip > seuil Haut/Bas (5/10 MIPs)• electron = gerbe PS (u ou v) + MIP (u ou v)

Déclenchement global– combinaison des termes , coincidence par quadrant etc...

• ex: 1 tour EM + 1 electron (u et v) FPS


DAQ des fibres scintillantes

Déclenchement et digitization du signal fibre:– Utilisation de deux gammes dynamiques:

• Détection MIP (~0.9 MeV): traces , calibration [0.3-3] MIP• Reconstruction des gerbes electrons [5, 60] MIPs

– Déclenchements et lecture:• L1: chips SIFT [0/1], alimente carte trigger (FPGA)• L2: chips SVX-II qui digitize le signal

SIFT

SIFT

SVX

SVX

SIGNALMIP

SIGNALGERBE

Logique Trigger(FPGA’ s)

SIGNAL TRIGGER

VLPC

Scintillateur

Fibres WLS

Q

0.27 Q

0.09 Q

[5-160]fC [0-150]fC


Recherche de signaux SUSY

Supersymétrie – résout principaux défauts du MS– Ne considere ici que la R parité conservée (supergravity)

SM SUSY

q q squarksg g gluinos

l l sleptons sneutrinos neutralinos,

Z W h , H ,AH charginos,

G G gravitino

i0

0

0 0 0

i = 1,4

i = 1,2

~~~

~

~

~~

ν νγ χ

χ

±

± ±i


Recherche de Squark/Gluino

Recherche de squark/gluino:– Analyse basée sur Missing pT + jets

• besoin de bonne résolution ETmiss

• Déclenchement sur ETmiss prévu au Run II

Maximum reach au RunII ≈Τ300 GeV

g~ Mass (GeV)

σ ×

EFF

(fb

)

Background (fb)

200 pb-1

2 fb-1

25 fb-1

100 150 200 250 300 350 4001

10

10 2

10 3


Chargino/Neutralino

Recherche de Chargino/Neutralino

Signature: Tri-lepton + Missing pT

• low backgrounds• Couvre large fraction de l’espace des parametres SUSY • Requiert acceptance lepton≈Τ|η|=3 pour pT>5 GeV/c

100 200 300 400 50040 50 70Lightest Chargino Mass (GeV)

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

Cro

ss-s

ectio

n x

BR

x E

FF

(fb

)

ABCD

200 pb

2 fb

25 fb -1

-1

-1

q

q_

W*χ_

1+

χ_

10

W

l+

ν

χ_

20

χ_

10

Z

l+

l-


Top squarks

Recherche de Stop– Pour m(stop) < m(top)

detectable

auTevatron

– Canal Leptonique • Lepton+bjet+jets+Missing pT

– Perspectives au RunII (2fb-1) • M(stop) » 150 GeV

– Canal dilepton • 2lepton+jets• M(stop) » 150 GeV (RunII)

– Missing pT + acollinear jets • M(stop) » 150 GeV

~ ~~ ~~

t b +

b +

1 →

→ +→ +

±χν

χ

1

0

λc


Recherche de nouvelle physique au run II

Signal cross-section presentlimit

discoveryreach (1fb-1)

right handed W 0.5-1000 pb 650 GeV

W' 0.5-.0001xσW 720 GeV 1 TeV

Z' 0.1-.001xσZ 670 GeV 1 TeV

scalar 1st gen. leptoquarks 1-100 pb 143 GeV 300 GeV

scalar 2nd gen. leptoquark 1-100 pb 140 GeV 300 GeV

squark and gluino pairs 5-1000 pb 230 GeV 390 GeV

gaugino pairs 0.5-10 pb 90 GeV 90 GeV

stop 0.1-100 pb 93 GeV 150 GeV

b' 10-1000 pb 95 GeV ?? (130 GeV)

q* 0.1-100 pb 720 GeV 800 GeVb'


Perspectives de découverte du Higgs au TeVatron run II

Canaux:WH →→→→ lνννν bbZH →→→→ νννννννν bb, ll bbZH →→→→ qq bb

Eléments clés:1. Calibration Jet b2. ∆∆∆∆Mbb/Mbb ~ 10% 3. Efficacité d’étiquetage4. Estimation des fonds &

systématiques ~ 10 %

mH < 130 GeV/c2

LEP2 searches EW fits

135< mH < 180 GeV/c2

Canaux:H→→→→ W*W* →→→→ lνννν l’νννν’WH →→→→ WW*W* →→→→ ll’lνννννννν’ννννWH →→→→ WW*W* →→→→ l±±±± l±±±± jjνννννννν

Eléments clés:1. Lepton ID/déclenchement2. Résolution sur ET

3. Haute luminosité: >10 fb-1

4. Bonne estimation desfonds / systématiques

5. Combinaison des canaux


MH

[G

eV

/c2]

600

400

500

100

200

300

03 5 7 9 11 13 15 17 19

log10 Λ [GeV]

Triviality

EW vacuum is absolute minimum

EWPrecision EW

direct Search

80.2

80.3

80.4

80.5

80.6

130 150 170 190 210

mH [GeV]107.7300 1000

mt [GeV]

mW

[G

eV]

Preliminary

68% CL

LEP1, SLD, νN Data

LEP2, pp− Data

Higgs Boson in the Standard Model

Higgs Phenomenology in the (Minimal) SM – Higgs & EW Symmetry Breaking

• 1 scalar Higgs • mH as free parameter

– Theoretical Constraints:• Unitarity upper bound• Vacuum Stability

lower bound

Experimental Constraints on mH– Indirect constraints:

• MW vs MTOP measurement• LEP EW fits

– LEP2 Direct Measurements:• mH > 114 GeV/c2

mH < 185 GeV/c2 @ 95% CL

130 GeV/c2 < mH < 200 GeV/c2

mH > 114 GeV/c2


Higgs Boson in Minimal SUSY

Higgs Phenomenology in the MSSM– Higgs Spectrum:

• 2 Higgs doublets → 5 physical Higgses:

• Lightest Higgs is mh < O(MZ) (< Mz at Tree Level !)

• Cross-section smaller than in SM:

– Charged Higgs(es)• Searched for in t → H± b via σ(tt → WbWb) meast• Searched for in ?????

Experimental constraints– Neutral Higgs(es)

• ????????????????????????????????• ????????????????????????????????

– Charged Higgs(es)• ?????????????????????????????

σ(σ(σ(σ(qq→→→→Vh)))) ==== sin2(β−αβ−αβ−αβ−α) σ(σ(σ(σ(qq→→→→VhSM))))

σ(σ(σ(σ(qq→→→→VH)))) ==== sin2(β−αβ−αβ−αβ−α) σ(σ(σ(σ(qq→→→→VHSM ))))

h , H , A , H±±±±

xxxx A<-->h,H H+- xxxx


Higgs Production Mechanisms:

SM Higgs Production at TeVatron

gg→→→→HSM

– Low Mass Analysis impossible:

qq→→→→V*→→→→ VHSM

– Most promising mechanism: • σ ~ 1/4 σ(gg→HSM)

H0g

g

t

t

Z*/ W*Z / W

H0

q

q’

Backgrounds Cross-section (pb)

σσσσ(WW) 27.4 pbσσσσ(WZ ) 3.2 pbσσσσ(Wbb) 11.0 pbσσσσ( tt ) 7.5 pbσσσσ( QCD ) O(106) pb

MH(GeV) 110 120 140 160 180σσσσ (pb) 0.22 0.16 0.09 0.05 0.03

MH(GeV) 110 120 140 160 180σσσσ(gg→→→→H) 0.90 0.70 0.45 0.29 0.20


SM Higgs Decays

– Higgs coupling g(Hff) ∝ g.mf

• BR(H → bb) > 80% • BR(H → τ τ) ~ 10%

– Use Associate Production• WH → lν bb• ZH → νν bb, ll bb• ZH → qq bb

– gg→→→→H→→→→bb unaccessible• σ(qq→ bb) too high

– Higgs coupling to boson g(HVV) ∝ g.mW & g.mZ/cosθW

• BR(H → W*W*) > 80%• BR(H → Z*Z*) ~ 20%

– Use final states:• gg→ H→ W*W* → lν l’ν’• WH → WW*W* → ll’lνν’ν• WH → WW*W* → l± l± jjνν

Use Higgs decays into H→→→→ bb

!! Counting Experiment !!

Use Higgs decays into H→→→→ W*W*, Z*Z*

mH< 130 GeV/c2

140< mH <200 GeV/c2


Strategy for Higgs Searches at run II

mH< 130 GeV/c2

Trigger efficiency on high pT leptonMissing ET resolution Single / Double b-tagging efficiency (against fake)High resolution bb-mass peak (against Wbb & QCD(bb) ) Understanding of background shape & normalisation

130 <mH< 190 GeV/c2

Trigger efficiency on high pT leptonMissing ET resolution Good knowledge of background shape & normalisationCombination of ALL channels

Backgrounds:WW →→→→ lνννν jjWZ →→→→ lνννν jj tt →→→→ blνννν blννννWq →→→→ lνννν jj Wbb→→→→ lνννν bb

Signal final states:

WH →→→→ lνννν bbZH →→→→ ll bb,ννννννννbb

Signal final states:(W,Z)H→→→→ (W,Z)W*W* →→→→ l±±±± ννννl±±±±νννν jj(W,Z)H→→→→ (W,Z)W*W*→→→→ l±±±±ννννl±±±±’νννν’l±±±±ννννgg→→→→ H→→→→ W*W* →→→→ lνννν l’νννν’

Backgrounds:WZjj →→→→ lνννν l’νννν’ jjW(Z,W) →→→→ lνννν lνννν l’νννν’Wq →→→→ lνννν jj + l-fakett →→→→ blνννν bl’νννν’


Triggers for Higgs Search

Lepton ID & Trigger– Muon ID:

• New scintillators:

– Electron ID:

• Pre-shower detectors:

• New tracking system (DO) w/ 2T B field

– Trigger Architecture: • Electronics revisited (adapt for 132 ns bunch spacing)• Capabilities enhanced significantly vs run I:

e- in jets, ππππ-rejection

E/p, lower thresholds pT(e) > 5.0GeV/c

Increased coverage

Lower thresholds pT(µµµµ)

L1 :Calorimeter + Track + Preshower combined (DO)

L1 : Track-Jets trigger (CDF)

L2 : Displaced Vertex (CDF, DO)


Triggers on secondary Vertices

Principes d’un déclenchement avec le SMT– Projection des traces CFT dans SMT– Trouver hits / SMT le long de la trajectoire– Ré-ajuster la trace (SMT+CFT)– Calculer paramètre d’impact B + erreur

SB = B/σσσσB

σB2 = (12.6)2 + (49.7/ pT)2 µm

Bénéfices d’un déclenchement STT– Amélioration du déclenchement:

− Z→bb avec ε ~ 20% vs fonds 20 HzCollection de 43000 Z→bb (900 avec µ)

− ZH→ννbb avec ε ~ 80%

– Assure un échantillon important:– Reconstruction résonances bb– Résolution en Masse Mbb, énergie Jet– Estimation efficacité b-tag– Résolution de Masse


b

B tagging in Higgs Search

B tagging at CDF & DO– Mandatory for Low Higgs analysis

• WH(bb), ZH(bb) ...• Background: QCD jet, c-jets

– “Multi-tag” Approach is crucial• Displaced Vertex

• High Impact parameter tracks

• Soft Lepton from b → lν X

• Multi-variable analysis

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

b->c-> ele Ptrel bceptrel_gen

Nent = 796 Mean = 0.3502

RMS = 0.1933

Under = 0

Over = 0

b->e

b->c->e

b->c-> ele Ptrel bceptrel_gen

Nent = 796 Mean = 0.3502

RMS = 0.1933

Under = 0

Over = 0

doprimaryvtx

secondaryvtxLxy

d0/σσσσd0 > 3

2 tracks / vtx , Mvtx , Lxy/σσσσxy

pTrel, lepton in jet

DO - full simulation

Likelihood, NeuralNet


B tagging in Higgs Search

B tagging performance– SHW results assumed:

• No full simulation (MC + smearing)• εb ~ 65% / 80% (tight / loose tag)

– Results from *preliminary* studies • based on secondary vertex reconstruction• Likelihood combining outputs

from 1st level tagger


Le Higgs au TeVatron

Section efficace de production– Fusion de gluons : gg→ H σsignal ≈ 800 fb (mH=130) – Production associée: qq→ HW, HZ σsignal ≈ 200 fb (mH=130)– Higgs+quarks : qq →Hqq σsignal ≈ 5 fb (mH=130)

Canaux de recherche:– Higgs de mH<130-140 GeV:

• BR(H → bb) ~ dominant• WH → lν bb et ZH → ll bb, ννbb

– Higgs de mH>130-140 GeV: • BR(H → WW*) ~ dominant• H WW* → lν jj, llνν• WH → WWW* → llννjj etc...



Etiquetage des b par vertex déplaces– crucial au Run II – Approche multi-tag a DO:

• parametres d’impact• vertex secondaires• soft-lepton dans jet• likelihood

Prob(b), Prob(c) / jet– Performances *préliminaires*:

• “MC rapide” (SMT+CFT):• Efficacité = 0.56±0.01 (vertex)

– Perspectives Run II:• Efficacité εb~ 65% (lepton e +µ +vertex) / jet (extrapolation CDF)


Les désintégrations Z →bb auTeVatron

Sélection de Z →bb (CDF Run I) – Echantillon Z(bb):

• Evts avec 1-muon• σ(Z→ bb) / σQCD(bb) ~ 10- 5

• 2 b-tags avec ε2b ~ 27.8%

• Coupures cinématiques: Σ3nET , ∆Φjj

– Résolution MZ (run I)

minimiser ∆P= (pjet - pb) • corrélation ∆P vs pµ

• corr. ∆P vs projection ET / jet• corr. ∆P vs fraction chargée

– Projection pour le run II • Prévoit 30% d’amélioration

Z(bb)/QCD~1/27

Z(bb)/QCD(bb) ~ 1/5 at ~Mz

σσσσM/M ~ 15%

Essentiel pour l’analyse H →→→→ bb

σσσσM/M ~ 10%


Nouvelle Calibration / CDF

Typical CDF Jet Resolution usingCalorimetry onlyNew CDF Jet Algorithm Using Tracking,Calorimetry and Shower Max Detectors

bb di-jet Mass resolution


Higgs de masse intermédiaire

Higgs de mH = [140, 180] GeV/c2

– H → W*W* → lν jet jet, lν lν avec l=e,µ– H → W/Z W*W* → lν l’νlν avec l=e,µ

• σ signal≈ 100 fb (mH = 160 GeV/c2)

Méthode: – Analyse:

• Masse du “cluster” + variables discriminantes• Expérience de comptage ( pas de spectre M(H) )

– Principaux Fonds (physiques):• Wg jet jet ~ σ signal x 25000 ! • WW� l� jet jet ~ σ signal x 13• ttb � bb l� jet jet ~ σ signal x 5

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 50 100 150 200 250Cluster Mass MC (GeV/c2)

Prob

a. D

ensi

ty /

4 G

eV

10-1

1

10

10 2

10 3

10 4

10 5

10 6

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Likelihood

Eve

nts

/ 0.0

5


Conclusion: le Higgs au TeVatron

Résultats pour le Run II:– Combinaison de tous les canaux– Combinaison CDF + D0– Résolution M(b,b) ~ 30% meilleure que Run I– Erreurs systématique ~ 10 %

Potentiels:– Run II (2 fb-1):

• Exclusion à 95% CL jusqu’ à mH < 115 GeV/c2

– Run III (?) • Découverte (3-5 σ) jusqu’ à 180 GeV/c2

– Désaccords avec analyses ATLAS (fonds)

Run III (30 fb-1)

Run II (2 fb-1)

Arnaud Lucotte ISN Grenoble - LPSClpsc.in2p3.fr/atlas/lucotte/1.CONF/arnaud_ires_top_B.pdfArnaud...

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