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Reconstruction combinée des muons dans ATLAS

Samira HassaniDAPNIA / SPP

1) Combinaison des traces

2) Identification des muons de bas Pt

3) Performances et résultats

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Reconstruction des muons

CSC MDT

RPC TGC

En traversant le détecteur Atlas, un muon est détecté dans :

• 2 systèmes de reconstruction de traces avec une grande précision : le trajectographe interne et le spectromètre à muons

• Les calorimètres Les trois systèmes fournissent des signaux pouvant servir à la mesure ou à l’identification

Syst performant à grand pT

E perdue dans le Calo> 3GeV

ID performantpour les bas pT

Champ Solénoïdal Champ toroïdal inhomogène

● B

B

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Combinaisondes traces

• Trace Système

• Trace ID

• E perdue dans le Calo

+

+

Identificationdes de bas pT

• Segments

• Trace ID

Qu’est ce qu’on peut combiner ?

Aspects importants : alignement Système / ID , Précision de mesure de E perdue dans les calorimètres

Echelle d’énergie du ID et du Système

+

27/03/2006 Samira Hassani 4

• La combinaison des mesures effectuées dans le système à muons avec celles du trajectographe interne :

- améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV

- permet la rejection des muons provenant des interactions secondaires et ceux résultant de la désintégration en vol des ,

• STACO : COmbinaison STAtistique des Traces mesurées indépendamment dans le trajectographe interne et le spectromètre à muons

Combinaison des traces

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STACO : Propagation de la trace au périgée

• La trace est reconstruite dans le ID par des algorithmes dédiés au périgée

• La trace reconstruite dans le Système à muons est retro-propagée vers le faisceau

• Les effets des diffusions multiples et des Les effets des diffusions multiples et des fluctuations de l’énergie perdue dans les fluctuations de l’énergie perdue dans les calorimètrescalorimètres sont pris en compte dans la sont pris en compte dans la propagation de la matrice de covariancepropagation de la matrice de covariance

• La combinaison des traces est acceptée si le 2 global est inférieur à une certaine valeur maximale

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mean=20.3 ± 0.6 σ = 43.7 ± 0.7

Impact Parameter at Perigee (mm)

• Extrapolation des traces des chambres à muons au périgée sur une distance de ≈40 m marche

• La corrélation entre la coordonnée Z de la trace retro-propagée au perigée et celle du ID au périgée montre que la pente est égale à 1

Propagation de la trace au périgée dans le Combined Test Beam

Offset = 0.31 ± 0.68

Slope = 1.02 ± 0.06 Z (ID) mm

Z (

MS

)

mm

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Résultats de STACO

pT(GeV)

(% )

Single Muon (DC1) Z 2 (DC3) (DC3)

• STACO améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV

• STACO améliore la résolution en masse du Z par ~10% (~30%) par rapport au ID seul (Système seul)

σ = 3.60 ± 0.05

σ = 2.46 ± 0.03

Système seul

STACO

σ = 2.77 ± 0.08 ID seul

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Identification des muons de bas Pt

• L’efficacité de reconstruction et de combinaison décroît très rapidement à bas pT

• La reconstruction précise des muons de bas pT dans un champ magnétique très inhomogène est délicate

• Beaucoup de muons sortent des calorimètres avec une très faible énergie et ne peuvent pas atteindre les stations « medium » ou « outer », ou ne sortent pas du tout

pT(GeV)

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• MuTag est un nouvel algorithme qui a été développé en Juillet 2005

• Principe de la méthode :– Commencer à partir des traces ID

reconstruite au périgée

– Extrapoler ces traces aux segments reconstruites dans les stations internes (BIx, EIx)

( les segments sont des quantité reconstruite et non seulement une collection de hits)

– Essayer d’associer les traces ID avec des segments qui n’ont pas déjà été assosiés à une trace combinée

– Appliquer des coupures supplémentaires sur la qualité des segments

Stations Internes

MuTag : Identification des muons de bas Pt

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Association en : ID - SegmentUne simple extrapolation est utilisée MS predicted = ID + f( ID )/ pT

.pT

|η| < 1.2 1.2 <|η| < 2

absence de la seconde coordonnée dans les stations internes une faible contrainte dans l’association des segments aux traces ID

Présence des TGC => 2nd coordonnée dans les stations internes

70 mrad14 mrad

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Association : ID - Segment

1.2 <|η| < 2

|η| < 1.2

.p (mrad.GeV) à pT = 5 GeV

• Une extrapolation simple : extrapolé = ID

• La trace est tagguée si :

| MS predicted - MS|/ <3 et | MS Predicted - MS|/ <3

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Lumi05.sf01Single μ(PT = 11 GeV)

Rejection de MuTag

Une rejection > 930 est obtenue dans un environnement de bruit

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Performances de MuTag

• MuTag améliore l’efficacité d’identification jusqu’à 96% dans l’intervalle

5 < pT < 1000 GeV (MuTag n’est pas restreint au bas pT uniquement)

• L’efficacité de MuTag est complémentaire à celle de STACO

• MuTag comble le déficit d’efficacité dans le barrel mais il reste encore un trou à η~1.3

Lumi00.sf00 samples

Effi

cie

ncy

Effi

cie

ncy

11 GeV 9 GeV

7 GeV 5 GeV

◦ MuTag □ Muonboy

● STACO

pT(GeV)

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Extrapolation aux chambres Medium

• Le déficit en efficacité à η~1.3 est dû à l’absence des chambres EEL et à la non-couverture totale en φ des EIL

• L’extrapolation des traces ID aux chambres medium permet de combler le trou à η ~1.3

• Mais, il reste à estimer les fausses traces. Eventuellement, on peut utiliser l’information de l’énergie déposée dans les tuiles pour réduire les traces fantômes

EOL EML

EEL

EIL=1.3

=1

Avant extrapolation Après extrapolation

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StacoCombinedMuon

• STACO(ID+MS)• MS pour 2.5< <2.7

StacoCombinedMuonLowPt

• MuTag tracks (|η| <2.5)

MboyCombinedMuon

Reconstruction Standalone

AOD

Enlever les intersections

Quelques mots de software• STACO / MuTag sont complètement intégrés dans le software d’ATLAS

• STACO / MuTag utilisent en entrées les “common tracking tool ” et produisent des ESD en sortie

Tag

Muonboy / STACO/ MuTag sont actuellement dans le Tag par défaut jusqu’à nouvel ordre

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Les autres algorithmes Muid/MuidLowPt

Muid : fit global de la trace du muons en utilisant les hits mesurés séparément par les deux sous-détecteurs ID et Système à muons lors de la reconstruction standalone

MuidLowPt : les traces sont extrapolées aux chambres du Système à muons (MDT,RPC,CSC), et leurs hits sont associés à la trace ID selon leurs proximité en et

Comparaison entre STACO/Muid et MuTag /MuidLowPt

Exemple: l’analyse Higgs->4 μ

STACO est 10% plus efficace que Muid (2.2% par muon)

La fraction de fake muons :

MuTag (0.9%) et MuidLowPt (5.6%)

STACO est decalé de ~0.5 GeV par rapport à la masse simulée alors que MuId est OK.Ceci est dû à la parémétrisation de l’énergie perdue dans le calo. On travaille pour résoudre ce problème.

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Conclusion

• STACO et MuTag marchent très bien et donnent les meilleures performances dans les différentes analyses

• La procédure de rétro-propagation a été testée avec succès avec les données du test beam

• L’utilisation de l’énergie mesurée dans les calorimètres est en cours de développement

• Nos algorithmes seront testées et affinées en vue des conditions réalistes

du démarrage du LHC