Matthieu Lechowski

92
Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC & Simulation de la numérisation Matthieu Lechowski LAL Orsay - 18 avril 2005 1

description

1. LAL Orsay - 18 avril 2005. Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC & Simulation de la numérisation du calorimètre électromagnétique. Matthieu Lechowski. 4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs dans ATLAS. 2. Plan. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Matthieu  Lechowski

Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC

& Simulation de la numérisation

du calorimètre

électromagnétique

Matthieu LechowskiLAL Orsay - 18 avril

2005

1

Page 2: Matthieu  Lechowski

Plan

1. Le LHC et ATLAS2. Numérisation et bruit dans le calorimètre électromagnétique3. Modèle du Petit Higgs4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs dans ATLAS2

Page 3: Matthieu  Lechowski

Modèle Standard

Particulesmatière constituée de fermions (= leptons et quarks) classés en 3 familles

générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le boson de Higgs

Masses

Forcesvéhiculées par des bosonsélectrofaible

forte Z W : gluons :

depuis 1967, le Modèle ne connaît que des succès (tests de précisions et prédictions), mais reste

incomplet

Bilan

3

Page 4: Matthieu  Lechowski

• présentation du LHC et de l'expérience ATLAS

• calorimètre électromagnétique

1. Le LHC et ATLAS

4

Page 5: Matthieu  Lechowski

Le LHC en bref Large Hadron Collider • collisionneur circulaire de

27 km de diamètre

• en construction au Cern• premières collisions en 2007

• proton-proton : s=14 TeV

4, 3 km

• luminosité : 2.1033 cm-2s-1 1034 cm-2s-1- basse : 20fb-

1 / an- haute : 100fb-

1 / an

• taux de collisions : 40 MHz

5

Page 6: Matthieu  Lechowski

Le LHC : expériences

4 expériences : et

programme

ATLAS CMS

LHCbAlicephysique des

plasmas quarks-gluons

physique du quark b

- recherche du boson de Higgs - recherche de la SuperSymétrie - mesures de précision du Modèle Standard

- recherche d'autre Nouvelle Physique : extra-dimensions, Petit Higgs, …

6

Page 7: Matthieu  Lechowski

L'expérience ATLAS

Z

X

Y

A Toroidal LHC ApparatuS

=-ln( tan(/2) )

pseudo-rapidité

7

Page 8: Matthieu  Lechowski

ATLAS : événementset

détection

8

PS: E= 26 GeV

SPS: E= 450 GeV

LHC: E= 7000 GeV

Linac: E= 0.050 GeV

Booster: E= 1 GeV

Page 9: Matthieu  Lechowski

ATLAS : événementset

détection

9

Déclenchement à 3 niveaux :

40 MHz (LHC)

200 Hz (écriture)

Page 10: Matthieu  Lechowski

• succession de couches d'absorbeur et d'Argon liquide• couches d'absorbeur (plomb ou cuivre/tungstène) participent au développement d'une gerbe (électromagnétique ou hadronique)• les particules de la gerbe ionisent l'Argon liquide• les électrons d'ionisation sont collectés par des électrodes et constituent le signal

• signal triangulaire

CalorimètresCalorimétrie à Argon liquide

à Argon liquide (1)

énergie déposée dans l'Argon énergie déposée dans le calorimètre

=

fraction d'échantillonn

age

dd tt

1tQ

)t(I

temps de dérive des électrons

10

Page 11: Matthieu  Lechowski

Calorimètresà Argon

liquide (2)Mise en forme du signal

• mise en forme du signal dans la chaîne d'électronique courbe bipôlaire

- signal plus rapide- intégrale nulle minimise la

contribution des événements de biais minimum

• échantillonnage à chaque croisement de faisceaux toutes les 25 ns 11

5 échantillons

Page 12: Matthieu  Lechowski

CalorimètresCalorimètres d'ATLAS

à Argon liquide (3)• Electromagnétiques: EMB

(Tonneau) EMEC (Bouchon)

• Hadroniques: HEC FCAL (2 modules)

FCAL (1 module)

12

Argon liquide refroidi à 88 K

Page 13: Matthieu  Lechowski

ATLAS : calorimètreGéométrie

accordéonélectromagn

étique

Compartiments et Cellules de lecture• électrodes segmentées en 3 compartiments en profondeur: Avant, Milieu, Arrière

• segmentation de chaque compartiment en cellules projectives

+ Pré-Echantillonneur placé avant (pour mesurer l'énergie

perdue en amont)

pour une réponse uniforme en

13

Page 14: Matthieu  Lechowski

ATLAS : calorimètre

EMB

électromagnétique

EMEC

=0 =0.8 =1.4

=2.5

=2.5

=3.2

=1.4

14

Page 15: Matthieu  Lechowski

ATLAS : calorimètreGranularités électromagn

étique

173312 cellules901 cellules types

15

Page 16: Matthieu  Lechowski

Carte FEB

Chaîned'électroni

que• Préamplificateurs • Formeurs • Echantillonnage (ADC)

Carte ROD

système de 3 gammes

linéaires ( Haute,

Moyenne et Basse : 93/9.3/1 )

• Filtrage Optimal

• Conversion ADC MeV

Energie

DAQ

électrodes

16

Page 17: Matthieu  Lechowski

• bruit d'électronique et bruit d'empilement

• mesures en testbeam 2002 et 2004

• outil d'Athena développé : CaloNoiseTool

2. Numérisation et bruit dans le calorimètre

électromagnétique

17

Page 18: Matthieu  Lechowski

Athena Description• environnement logiciel d'ATLAS

• chargé de simuler : - la production d'événements (Pythia, …) - l'interaction des particules avec le détecteur

(GEANT 4)- la numérisation des événements simulés

• reconstruit les événements = identification des particules et

détermination de leur énergie-impulsion à partir des dépôts d'énergie dans les sous-détecteurs et des traces18

Page 19: Matthieu  Lechowski

CaloCell

E (à l'échelle e.m.)

Corrections

E = f (HV, t°…)

(corrections offline petites)

Numérisation

RawChannel E (à l'échelle e.m.)

Digit 5 échantillons ADC

HitE (Argon)

Simulation

Prise de données

Ionisation, Signal

brutNumérisation

Filtrage optimal

FEB

ROD

Ei = Forme du signal i EArgon

ADC'i = Ei / [ ADC MeVe.m. ] / [ MeVe.m. MeVArgon ]

ADCi = troncation (ADC'i + bruiti + piédestal )

E' = OFCi (ADCi - piédestal)

E = [ADC MeVe.m. ] E'

ATLAS

Athena

Données brutes écrites sur disque19

Page 20: Matthieu  Lechowski

OFC • minimiser l'effet du bruit d'électronique et du bruit d'empilement• assurer la condition q'un décalage en temps du signal ne doit pas changer les résultats

OFC les ak sont les coefficients de filtrage optimal (OFC) calculés au vol

par LArOFCTool

R=ACtotal

-1

Filtrage optimal

S(t) = Ag(t+) + bruit(t)= Ag(t) + Ag'(t) +

bruit(t)échantillons :

Sk = Agk + Ag'k + bruitk

il faut minimiser la variance de

U = akSk

5

k=1tel que <U> = A

A = amplitude du signalg = forme du signal g' = dg/dt

= décalage en temps

20

Page 21: Matthieu  Lechowski

Auto-corrélation matrice d'Auto-

corrélation du bruit d'électronique entre échantillons voisins en temps

<BruitiBruitj> = BruitADC A|i-j|

21 A1 A2 A3 A4

1 A1 A2 A3

1 A1 A2

1 A1

1sym.

pour une cellule :

A1 A2 A3 A4

-0.02

-0.29-0.1

0.1

Auto-corrélation entre échantillons i et i+2 ,

en gamme Haute, pour l'EMB

PS MilieuAvant Arrière

21

bruit indépendant du temps

Page 22: Matthieu  Lechowski

Conversion en MeV(TB02)

= ADC DAC DAC Volt Volt A A MeV (Argon) MeV (Argon) MeV

(e.m.)

Facteur ADCMeV

= Rampes (gamme)

fraction d'échantillonnage rapport e/mu

définie pour les muons

0.75

runs de calibration :

réponse linéaire par rapport à

un signal injecté

constantes par

région en (par compartiment)

ADC

DACRampes en gamme

Haute, pour le compartiment Arrière

de l'EMB

pente

n°canal22

Page 23: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADC(TB02) EMB

• bruit des canaux de chaque FEB• mesure sur des runs de piédestaux (sans signal)

• bruit = écart-type gaussien• le bruit est constant par

FEB, une seule valeur stockée dans la base de

données

Avant

Milieu

PS

MilieuMilieuMilieu

Avant Avant Avant

Avant Avant Avant

Arrière

Arrière

changement de

pré-ampli à =0.8

23

en gamme haute

Page 24: Matthieu  Lechowski

Testbeam 2004 Disposi

tif

Mesures du bruit • sur des runs de piédestaux

• bruit = écart-type gaussien de la distribution du signal pour chaque canal

24

Page 25: Matthieu  Lechowski

Bruits incohérent et

cohérent pour chaque FEB :• Somme = somme normale des néchant. échantillons ADC (-1000 = piédestal) des ncanaux canaux de la FEB

• AltSomme = somme alternée (+ - + - …) • distributions de Somme et AltSomme pour N événementsBruit Incohérent = RMS(AltSomme) / ncanaux

Bruit Cohérent = RMS2(Somme) - RMS2(AltSomme) / ncanaux

caractérise le bruit en absence de corrélation entre les canaux

caractérise la corrélation entre les canaux pas toujours

défini !par groupes de 4 canaux : même principe, pour vérifier

• l'uniformité sur la FEB

• l'effet des pré-amplificateurs et formeurs qui traitent les canaux par 425

Page 26: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADC(CTB04)

Total Incohérent

Cohérent

Valeur du testbeam 2002 stockée dans la base de

données (DB)

Moyenne sur la

FEB

Bruit calculé sur

la FEBMoyenne des

groupes de 4 canaux sur la FEB

conclusion : bruit cohérent petit

négligeable dans la simulation

Avant26

Page 27: Matthieu  Lechowski

CaloNoiseTool (1) Nécessité de connaître le bruit

attenducertains algorithmes de reconstruction doivent éliminer les cellules sans signal en réalisant une coupure sur l'énergie:

si Ecell. > n bruit , cellule sélectionnée

Algorithmes :• énergie transverse manquante :

sommation de l'énergie transverse des cellules qui contiennent un signal

• cluster topologique : sélection de cellules autour d'une cellule "chaude"

rectangle de taille fixe

voir études de physique à la fin

27

Page 28: Matthieu  Lechowski

CaloNoiseTool (2)

Description• outil fournissant le bruit de chaque cellule de lecture des calorimètres• bruit d'électronique et bruit d'empilement• bruit attendu calculé en regroupant les étapes de la numérisation et en utilisant les mêmes données

E = ADCMeV OFCi ( Bruiti + qi ) i=1

5

élec = ADCMeV BruitADC [OFC] [ACél] [OFC]T + [OFC] [OFC]T

222

12

28

Remarque: CaloNoiseTool ne sert pas à ajouter le bruit aux cellules1) Bruit d'électronique

Page 29: Matthieu  Lechowski

Bruit prédit

EMB EMEC

PSAvantMilie

uArrièr

e

( cellules-type en , symétrie en z et en

)

changement de

granularité

électrode A

électrode Babsorbeurs + minces

29

en gamme haute

Page 30: Matthieu  Lechowski

Comparaison avec TB02

EMB

PSAvantMilie

uArrièr

e

PS: conventions

de poids différentes

30

CaloNoiseTool

TB02 (données publiées)

en gamme haute

Page 31: Matthieu  Lechowski

Définition du Bruit d'empilement

pour chaque croisement de faisceaux, 23 (à haute luminosité) collisions inélastiques se superposent à l'événement de physique intéressant

particules de faible énergie, préférentiellement proches du

faisceau dépôt d'énergie= perturbation de l'énergie du signal= bruit d'empilement

événements de biais

minimum

=

31

remarque: les croisements de faisceaux voisins perturbent également le signal

Page 32: Matthieu  Lechowski

Evénements de biais minimum

Pour chaque cellule:

• distribution de l'énergie déposée dans l'Argon, dans les événements de biais minimum, en utilisant la symétrie en et z• RMS de la distribution• ajustement chiffre stocké dans la base de données

statistique de 50000

événements, mais insuffisant

32

Page 33: Matthieu  Lechowski

CaloNoiseTool (3)

2) Bruit d'empilementempilement = Nbm

bm g(k)2 [OFC] [ACtotal]

[OFC]T

22

k=1

N échantillons

nombre d'événements de biais minimum par croisement de faisceaux

écart-type de l'énergie dans un événement de biais minimum

forme du signal

33

Page 34: Matthieu  Lechowski

Bruit d'empilement EMB

PSAvantMilie

uArrièr

e

Haute luminosité

34

Page 35: Matthieu  Lechowski

Auto-corrélation

Auto-corrélation totale calculée par LArAutoCorrTotalTool :

totale

électronique

empilement

Nbm = 23 à haute luminosité

avec

auto-corrélation modifiée

OFC modifiés

bruit d'électronique prédit modifié

35

Page 36: Matthieu  Lechowski

Bruit d'électronique

Sans luminosité

modifi

é

Haute luminosité

EMB

PSAvantMilie

uArrièr

e

les OFC ne sont plus optimaux pour le bruit d'électronique seul le

bruit augmente36

en gamme haute

Page 37: Matthieu  Lechowski

Bruit totalSans luminosité

Haute luminosité

PSAvantMilie

uArrièr

e

EMB

37

en gamme haute

Page 38: Matthieu  Lechowski

Données et outils

OFCénergie

OFCtemps

Rampes

Auto-corrélation

A MeV

Volt A

DAC Volt

Forme du SignalDérivée de

la Forme du Signal

Ecart-type du Bruit

d'électronique

Ecart-type du Bruit

d'empilement

Ecart-type des Piédestaux

Fraction d'échantillonnage

rapport e/

ADC MeVArgon

LArOFCToolLArOFCTool

LArAutoCorrTotaLArAutoCorrTotalToollTool

LArADC2MeVLArADC2MeVToolTool

CaloNoiseTool

Simulation

Données

38

Auto-corrélation totale

Page 39: Matthieu  Lechowski

Bruit dans les clusters

(1)• cluster 35 dans le calorimètre électromagnétique pour 0 < < 2.5

• photons simples de ET=60 GeV

• bruit attendu (prédit par CaloNoiseTool), compte tenu du nombre de cellules et des gammes

N cellules en

N cellules en

PS 3 1 ou 2

Avant 24 1 ou 2

Milieu 3 5

Arrière

2 5

Nombre de cellules

39

Page 40: Matthieu  Lechowski

Bruit dans les Sans luminosité

clusters (2)

structure en bandes: - nombre de cellules variable - cellules en gamme Moyenne

Cluster

Milieu

PS Avant

Arrière

40

bruit transverse en MeV

Page 41: Matthieu  Lechowski

Bruit dans les Haute luminosité

clusters (3)

bruit transverse peu

dépendant de

Cluster

Milieu

PS Avant

Arrière

41

résolution en énergie pour ET~60 GeV

Page 42: Matthieu  Lechowski

• Modèle Standard

• Modèle du Petit Higgs

• bosons de jauge lourds

• désintégrations caractéristiques

3. Modèle du Petit Higgs

42

Page 43: Matthieu  Lechowski

générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le

boson de Higgs

Modèle Standard

Particules

matière : fermions

Forces

forces : véhiculées par des bosons

- électrofaible

- forteSU(2)LU(1)YSU(3)

Masses

( Z W )

43

Page 44: Matthieu  Lechowski

Boson de Higgs

Désintégrations

Production

Masse - paramètre libre du Modèle- contraintes théoriques et expérimentales (LEP)114 (95%CL) < M(H) < 280 GeV/c2

(95%CL)

200

120

200

120

particule non encore observée

masses choisies pour cette

analyse44

BR

(f

b)

Page 45: Matthieu  Lechowski

Au-delà du Modèle

Pourquoi chercher au-delà ?

Standard

• brisure de la symétrie électrofaible mal

comprise

• le réglage fin pour ne pas faire diverger la masse du Higgs semble peu naturel

• beaucoup de paramètres libres (masses, couplages, … 18 au

total)

Ordre 0

Boucles

top

bosons de

jauge

Higgs

réglage fin

Modèles candidats - Petit Higgs

- Supersymétrie- …45

Page 46: Matthieu  Lechowski

• Quark top lourd

Modèle du Les idées Petit

Higgs (1)Supersym

étrie

bosonsfermions

nouveaux bosons

nouveaux fermionsannulatio

ns

nouveau quark t

nouveaux bosons

bosonsquark

t

annulations

• Divergences quadratiques

pseudo-bosons de Goldstonemasse "légère"

bosons de

Goldstone

sans masse

• Champs et symétries

Petit Higgs

NB : H du Modèle Standard est conservé avec les mêmes propriétés (BR …)

0 + ++

• Higgs lourds

T

• Bosons de jauge lourds

ZH WH AH

brisure de

symétrie

symétrie globale SU(2)LU(

1)Y

symétrie locale

SU(5)

échelle de

Planck

brisure de

symétrie électrofai

ble

SO(5)

échelle électrofaibl

e

Nouvelles particules

46

Page 47: Matthieu  Lechowski

Modèle du Remarques:

Petit Higgs (2)• Modèle du "plus petit Higgs" (Littlest

Higgs)

• modèle effectif jusqu'à =10 TeV n'exclut pas la Supersymétrie (ou un autre

modèle) au-delà

• modèle compatible avec les contraintes expérimentales si les nouvelles particules sont plus grandes que le TeV

47

Page 48: Matthieu  Lechowski

Nouveaux bosons … de jauge

Désintégrations (ZH)

Production (ZH)

)W(M)Z(M HH 2

22

HH c/GeV200)H(M

c/TeV6)W/Z(M

Masses

cot est un paramètre du Modèle ( équivalent à W pour WH et ZH)

(WH) = 2 (ZH)

BR(WHWH) = BR(ZHZH)

dégénérescence

48

BR(ZHll) = 12%BR(ZH) = 12%

BR(ZHZH) = 4. 5%

BR(ZHqq) = 71. 5%

(à cot=0.5)

Page 49: Matthieu  Lechowski

Désintégrations

Dépendance de

.BR(ZHZH) en cot

caractéristiques ZH Z H

WH W H

si un Z' et un W' sont découverts par une désintégration leptonique (voir

après), permettent de dire s'ils sont dans le cadre du Modèle du Petit Higgs ou non

0. 5 dans la suite

ni trop optimiste, ni trop pessimiste

facteur d'échelle

cot49

Page 50: Matthieu  Lechowski

Simulation rapide Pourquoi une

simulation rapide ?• la simulation complète est longue à exécuter (20 min./évt)

• difficile de l'utiliser sur une grande statistique

Principe

ATLFAST

• ATLFAST part de la vérité (Monte-Carlo)

• puis il altère les données des particules en fonction des performances des sous-détecteurs

direction et énergie

% d'identification, résolution en énergie, … évaluées en testbeam

et en simulation complète

une simulation rapide permet de vérifier rapidement la faisabilité d'une étude avant de la confirmer en simulation complète

50

Page 51: Matthieu  Lechowski

• études effectuées en simulation rapide

• en collaboration avec 2 physiciens de Valence (Espagne)

• au sein du groupe "Little Higgs" d'ATLAS

4. Potentiel de découverte du Modèle

du Petit Higgs

51

Page 52: Matthieu  Lechowski

Hypothèses (1) • Higgs découvert, et masse

connue

signification statistique à 30 fb-1 (18mois à basse luminosité)

52

5 (seuil de découverte)

contribution du canal H non négligeable

=

Page 53: Matthieu  Lechowski

Hypothèses (2)

• ZH et WH découverts, et masses connuesdésintégration leptonique

ZHeeL.dt = 300 fb-1

53

Page 54: Matthieu  Lechowski

Canaux étudiés

Masse du Higgs et choix des états finals• MH = 120 GeV

H

Z/W quarks

ZH Z H

WH W H

54

• MH = 200 GeV

HZZ / HWW

Z/W : - 2 désintégrations leptoniques (sans ) - 1 désintégration en quarks

pour un Z/W du Higgs

Page 55: Matthieu  Lechowski

- masses dégénérées - pas une résolution suffisante pour distinguer Z et W

en quarks

MH = 120 GeV Signal

ZZHH

ZZ

HH

qq

qq

+

1 ou 2 jets

WWHH

WW

HH

qq

qq

1 ou 2 jets

M(ZH).BR (fb)

850 0.698

1000 0.349

1500 0.070

2000 0.018

M(WH).BR (fb)

850 1.369

1000 0.684

1500 0.137

2000 0.034

MH= 120 GeV signaux

indiscernables

traités ensemble

55

Page 56: Matthieu  Lechowski

Bruits de fond

• Higgs inclusif : .BR(fb) = 1.92

généré avec Pythia pour pT(H) > 200 GeV

Diphox( générateur NLO )

MH = 120 GeV

généré pour 115 <

M(H) < 125 GeV

30 millions d'événements

56

• inclusif :

Page 57: Matthieu  Lechowski

Reconstruction

Jets

jj

j

j

j

Paire de

PhotonsM MH

Paires de Jets

jjjj jjjj jj

jj jjjj

jj jj Mjj MZ

pT

jj

pT max

pT (jj)>200

j

pT max

sinon

ZH/WH

(20 GeV) (15

GeV)

57

Page 58: Matthieu  Lechowski

CoupuresCoupures standard• ||<2.5 (acceptance du Calorimètre)

• pT > 25 GeV et pT 1 ou 2 > 40 GeV

• identification des 2 (80%×80%) (simulation rapide)

recherche du Higgs

Coupures sur les particules reconstruites• fit gaussien de MH coupure à 2

• fit gaussien de MZH/WH coupure à 2

• pT > pT min (MZH/WH)

58

Page 59: Matthieu  Lechowski

Optimisation de la reconstruction

toujours 2 jets

toujours 1 jet

méthode mixte

pics décalés et élargis

événements mal

reconstruits

• 20 % des cas à

1 TeV• 60 % des cas à

2 TeV

1 TeV

59

Page 60: Matthieu  Lechowski

Résultats (1)

Signal ZH 33.0

Signal WH 64.2

Bruit H 8.2

Bruit 4.5

Sign. stat.

16.6

1 TeV

pT () > 400 GeV

L.dt = 300 fb-1

équivalent à S/B avec une loi de Poisson

nombres d'événements

( 3 ans à haute luminosité )

Evén

em

en

ts /

40

GeV

/

30

0 f

b-1

S = 49%

B H= 4.2%

B = 9.4%

60

Page 61: Matthieu  Lechowski

Résultats (2)

Signal ZH 1.8

Signal WH 3.6

Bruit H 0.7

Bruit 0.3

Sign. stat.

3.0

Signal ZH 6.3

Signal WH 12.7

Bruit H 2.3

Bruit 1.0

Sign. stat.

6.6

1.5 TeV2 TeV

pT () > 500 GeV pT () >

700 GeV

L.dt = 300 fb-1

Evén

em

en

ts /

40

GeV

/

30

0 f

b-1

Evén

em

en

ts /

40

GeV

/

30

0 f

b-1

S = 48%

B H= 0.6%

B = 6.1%

S = 52%

B H= 0.03%

B = 6.5%

61

Page 62: Matthieu  Lechowski

ReconstructionPrincipe inclusive

(1)• le Z/W peut aussi aller en leptons (l et ) BR: 70% 100%

• on ne cherche pas à reconstruire le ZH/WH

Conséquences• davantage d'événements de signal

• davantage d'événements de bruit de fond (car moins contraints)• on cherche un excès de Higgs à grande impulsion transverse

+ZZHH

ZZ

HH

??WWHH

WW

HH

??

62

Page 63: Matthieu  Lechowski

Reconstructioninclusive

(2)

Signal ZH 53.5

Signal WH 104.6

Bruit H 30.6

Bruit 16.7

Sign. stat.

23.0

1 TeV

pT () > 400 GeV

L.dt = 300 fb-1

( 16.6 )avec

Z/Wqq

meilleure signification statistique

+

incertitudes de Pythia à grand

pT

mais moins satisfaisant qu'un pic de masse sur un fond continu

Evén

em

en

ts /

20

GeV

/

30

0 f

b-1

63

Page 64: Matthieu  Lechowski

Reconstructioninclusive

(3)

Signal ZH 9.9

Signal WH 19.8

Bruit H 8.2

Bruit 3.6

Sign. stat.

8.7

Signal ZH 2.9

Signal WH 5.8

Bruit H 2.7

Bruit 0.7

Sign. stat.

4.7

1.5 TeV2 TeV

pT () > 550 GeV pT () >

700 GeV

L.dt = 300 fb-1

( 6.6 )

( 3.0 )

Evén

em

en

ts /

20

GeV

/

30

0 f

b-1

Evén

em

en

ts /

20

GeV

/

30

0 f

b-1

64

Page 65: Matthieu  Lechowski

Espace des

Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH

paramètresL.dt =

300 fb-1

Exclu théoriquement lorsque MH=120 GeV

65European Physics Journal, C 39 (2005) 13-24

Page 66: Matthieu  Lechowski

Extrapolation• AH est très dépendant du Modèle (')

pour AH

L.dt = 300 fb-1

• Extrapolation:- AH Z H ZH Z H

section efficace et rapports d'embranchement difficilement prédictibles

limite supérieure sur .BR(AH Z H)

• AH = lourd

- ZH et WH suffisamment éloignés en masse de

AH pour ne pas constituer un bruit de

fond

BR

tan '

66 M(AH)

zone exclue à 90%CL en cas de

non observation

Page 67: Matthieu  Lechowski

MH = 200 GeV Signal

ZZHH

ZZ

ZZ

ZZ

HH

ll

ll

ll

qq

qq

ll

1 ou 2 jets

Bruits de fond

M(ZH).BR (fb)

1000 0.354

1500 0.075

2000 0.017

.BR (fb)

tt lb(l) lb(l) 3376

ZZ llll 70.5

H ZZ llll 46.8

f H f llll 5.7

qq H qq llll 2.8

W H qq ZZ qq llll 1.3

Z H ll ZZ ll qqll 0.2

tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2

MH= 200 GeV

1er canal

-

-

mélange des

leptons et des

jets

l = e ou

67

Page 68: Matthieu  Lechowski

Représentation

1 TeV

ZZHH

ZZ

ZZ

ZZ

HH

ll

ll

ll

qq

qq

ll1 ou 2 jets

200 GeV

d'événement (avec

Atlantis)

• 2 éléctrons

• 2 muons

• jet(s)68

2 e

2 jet(s)

Page 69: Matthieu  Lechowski

• E = somme des énergies des cellules incluses dans un cône d'ouverture R autour d'un lepton-candidat si E < Eseuil , lepton validé

• e- et ont chacun R et Eseuil

Isolation

Processus d'isolation dans ATLFAST

Relâchement des critères d'isolation pour les leptons • R

diminué

• Eseuil augmenté

Enjeu des canaux séparer les leptons des jets

(isolation difficile à grande impulsion transverse)

R = 2 + 2

optimisation sur le nombre

de leptons détectés

69

Page 70: Matthieu  Lechowski

Paires de Jets

jjjj jjjj jj

jj jjjj

jj jj Mjj MZ

(15 GeV)

Paires de

Leptons

ll

llll

ll Mll MZ(5 GeV)

HH

Higgs

HH

MH 200

H H

(30 GeV)

Reconstruction

Jets

jj

j

j

j

pT

ZH

pT m

ax pT min (car désintégration

secondaire)

pT max

pT max

Condition initiale nécessaire: avoir 4 leptons

70

Page 71: Matthieu  Lechowski

CoupuresCoupures standard• |l|<2.5 (acceptance du Calorimètre)

• 1 lepton avec pT > 30 GeV ou 2 leptons avec pT > 20 GeV

• identification des leptons : 90% en moyenne (simulation rapide)

recherche du Higgs

Coupures sur les particules reconstruites• fit gaussien de MH coupure à 2

• fit gaussien de MZH coupure à 2

• pT(H) > 100 GeV

• pT(jj/j) > 50 GeV

( 1 TeV )

71

Page 72: Matthieu  Lechowski

Résultats

Signal 17.91

Bruit 4.62 3.01

Sign. stat.

5.67Signal 2.86

Bruit 0.25 0.54

Sign. stat.

2.16Signal 0.41

Bruit 0.02 0.19

Sign. stat.

indéf.

1 TeV

1.5 TeV

2 TeV

+ 1.80 - 0.83

+ - 0.51

L.dt = 300 fb-1

problème de statistique pour le bruit de fond ajustement

S= 25%

B <1%

S= 20%

B <0.1% S= 13%

B

<0.0.1%

72

Page 73: Matthieu  Lechowski

MH = 200 GeV Signal

1 ou 2 jets

ZZHH

ZZ

WW

HH

ll

ll

qq

qq

ll

WW

M(ZH).BR (fb)

1000 3.064

1500 0.645

2000 0.145

Bruits de fond

MH= 200 GeV

2ème canal

.BR (fb)

tt lb(l) lb(l) 3376

WZ lll 387.6

ZZ llll 70.5

H ZZ llll 46.8

f H f llll 5.7

qq H qq llll 2.8

Z H ll WW ll qql 2.0

W H qq ZZ qq llll 1.3

Z H ll ZZ ll qqll 0.2

tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2-

-

73

Page 74: Matthieu  Lechowski

Neutrino

l

l

l

l

l

E

zP

yP

xP

P~

(??)

??~

f

yP

xP

P miss

miss

v

2~.

~WWW MPP

W

ll équation

du

2nd degré

solution

déterminé

pas de solution

hypothèse supplémentaire : Pl // Pv

énergie transverse manquante

inconnue

74

Page 75: Matthieu  Lechowski

Résultats

Signal 180.51

Bruit 20.80 8.32

Sign. stat.

23.40Signal 30.64

Bruit 3.93 4.81

Sign. stat.

9.18Signal 4.32

Bruit 1.53 3.57

Sign. stat.

2.12

1 TeV

2 TeV

1.5 TeV

+ 2.87 - 1.89

+ - 1.84

+ - 0.79

L.dt = 300 fb-1

S= 30%

B <1%

S= 24%

B <1%S= 16%

B

<0.1%

75

Page 76: Matthieu  Lechowski

MH = 200 GeV Signal

1 ou 2 jets

WWHH

WW

ZZ

ZZ

HH

ll

ll

ll

qq

qq

M(WH).BR (fb)

1000 2.162

1500 0.468

2000 0.111

Bruits de fond

MH= 200 GeV

3ème canal

.BR (fb)

tt lb(l) lb(l) 3376

WZ lll 387.6

ZZ llll 70.5

H ZZ llll 46.8

f H f llll 5.7

qq H qq llll 2.8

Z H ll WW ll qql 2.0

W H qq ZZ qq llll 1.3

Z H ll ZZ ll qqll 0.2

tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2

-

-

76

Page 77: Matthieu  Lechowski

Résultats

Signal 92.40

Bruit 6.60 3.56

Sign. stat.

18.58Signal 15.59

Bruit 0.72 1.45

Sign. stat.

7.93Signal 2.36

Bruit 0.19 1.19

Sign. stat.

1.81

1 TeV

2 TeV

1.5 TeV

+ 2.97 - 1.72

+ - 1.66

+ - 0.79

L.dt = 300 fb-1

S= 21%

B <1%

S= 16%

B <1%

S= 10%

B <1%

77

Page 78: Matthieu  Lechowski

Espace des

Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH

paramètresL.dt =

300 fb-1

mais M(ZH/WH) < 6 TeV

large espace non-couvert

78

Page 79: Matthieu  Lechowski

Reconstruction complète

(1) Présentation

Jobs et Temps CPU

effectuée au centre de calcul de l'IN2P3 (Lyon) :• avec la version 9.0.4 d'Athena (version 10.0.1 préconisée, mais pas prête à temps)

• avec les paramètres préconisés pour les études de physique du 5ème "ATLAS Physics Workshop" de Rome en juin 2005• 10000 événements générés par canal et par masse• pas de bruit de fond généré (car demande trop de statistique)

Nombre de jobs

Temps CPU

Simulation 160024000 heures

Numérisation

1600 667 heures

Reconstruction

160 444 heures

Total 336025111 heures

79

Page 80: Matthieu  Lechowski

Reconstruction complète

(2) Signal à MH=120 GeV

ATLFAST Complète

ZH/WH Z/W H qq 1 TeV

estimation de la signification statistique xeff.

xrésol

.

Efficacité 31.6 %

Résolution en masse (GeV)

48

Sign. stat. 16.6

Efficacité 14.3 %

Résolution en masse (GeV)

36

Sign. stat. 8.6

80

Page 81: Matthieu  Lechowski

Reconstruction complète

(3) Signal 3 à MH=200 GeV

ATLFAST Complète

WH W H l qq ll1 TeV

Efficacité 15.0 %

Résolution en masse (GeV)

46

Sign. stat. 18.6

Efficacité 13.9 %

Résolution en masse (GeV)

99

Sign. stat. 11.7

81

résolution dégradée par la proximité des leptons et des jets

algorithmes de reconstruction des jets à améliorer

dans Athena

Page 82: Matthieu  Lechowski

Simulation de la numérisation et du bruit dans le calorimètre électromagnétique

• chaîne de numérisation et bases de données utilisées de manière standard depuis l'été 2003

• outil CaloNoiseTool utilisé dans la reconstruction de manière standard depuis 2004

Conclusion

Canaux caractéristiques du Modèle du Petit Higgs

observables dans ATLAS après 3 ans à haute luminosité - pour des masses de ZH et WH inférieures à 2 TeV - pour cot 1

-)

82

Page 83: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADCPré-Echantillonneur

(CTB04) Total Incohére

nt

Cohérent

83

Page 84: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADCAvant (CTB04) Total Incohére

nt

Cohérent

84

Page 85: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADCMilieu (CTB04) Total Incohére

nt

Cohérent

85

Page 86: Matthieu  Lechowski

Bruit en ADCArrière (CTB04) Total Incohére

nt

Cohérent

86

Page 87: Matthieu  Lechowski

1er canal Signal

ZZHH

ZZ

HH

qq

qq

WWHH

WW

HH

qq

qq

+

1 ou 2 jets

1 ou 2 jets

M(ZH).BR (fb)

850 0.698

1000 0.349

1500 0.070

2000 0.018

M(WH).BR (fb)

850 1.369

1000 0.684

1500 0.137

2000 0.034

MH= 120 GeV

87

Page 88: Matthieu  Lechowski

Résultats

Signal ZH 33.0

Signal WH 64.2

Bruit H 8.2

Bruit 4.5

Sign. stat.

16.6

Signal ZH 73.3

Signal WH 142.2

Bruit H 20.2

Bruit 15.1

Sign. stat.

23.4

850 GeV1 TeV

pT () > 300 GeV pT () >

400 GeV

L.dt = 300 fb-1

88

Page 89: Matthieu  Lechowski

Reconstructioninclusive

Signal ZH 120.4

Signal WH 236.4

Bruit H 81.8

Bruit 61.3

Sign. stat.

29.8

Signal ZH 53.5

Signal WH 104.6

Bruit H 30.6

Bruit 16.7

Sign. stat.

23.0

850 GeV1 TeV

pT () > 400 GeV

pT () > 300 GeV

L.dt = 300 fb-1

( 23.4 )

( 16.6 )89

Page 90: Matthieu  Lechowski

Reconstruction complète

(4) Signal 1 à MH=200 GeV

ATLFAST Complète

Efficacité 16.7 %

Résolution en masse (GeV)

34

Sign. stat. 5.7

ZH Z H ll qq ll1 TeV

Efficacité 15.0 %

Résolution en masse (GeV)

77

Sign. stat. 3.490

Page 91: Matthieu  Lechowski

Reconstruction complète

(5) Signal 2 à MH=200 GeV

ATLFAST Complète

ZH Z H ll qq l1 TeV

Efficacité 21.7 %

Résolution en masse (GeV)

42

Sign. stat. 23.4

Efficacité 10.8 %

Résolution en masse (GeV)

62

Sign. stat. 9.691

Page 92: Matthieu  Lechowski

Autres analyses (1)Quark top

lourd T L.dt = 300 fb-1Higgs lourd

++

Signal: TWb

Bruit de fond: tt, t, Wbbobservable à 5 si MT < 2 TeV (1=2)

MT = 1 TeV

(1=2)

Signal: dduu++uuW+

(l+)W+(l+)

Bruit de fond: qqW+(l+)W+

(l+), … observable à 5 si v' > 29 GeV

92