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29/03/2006 A.-I. Etienvre, PAF 2006 1
Reconstruction des paires (tt) et masse du quark top
Anne-Isabelle ETIENVRE,Jean-Pierre MEYER,
Jérôme SCHWINDLING
DAPNIA-Saclay
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• Les observables électrofaibles dépendent fortement de la valeur de la masse du top (via les corrections radiatives)
Haute précision sur mt requise pour:• des tests de précision du Modèle Standard • contraintes sur la masse du boson de Higgs au sein du Modèle Standard• grande sensibilité à la physique au-delà du Modèle Standard
• Actuellement (Tevatron) : mt = 172.0 ± 2.7 GeV/c2
mH < 186 GeV/c2 (95% C.L.)
• Qu’apporterait mt ~ 1 GeV/c2 ? SimW = 15 MeV/c2 , mtop = 175 GeV/c2
et pour les valeurs actuelles de ((mmHH/m/mHH 32%) 32%)
Si mW = 15 MeV/c2 et ((mmHH/m/mHH 25%) 25%)
Une mesure précise de la masse du quark top : motivations
221863 Hm
201673 Hm
453291 Hm
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Statistiques attendues @ LHC
Prise de données Luminosité
(cm-2s-1)
Luminosité intégrée
(fb-1)
Nombre d’événements inclusifs tt
Démarrage
(été 2007)
1032 10 jours : 0.1 ≈ 80 000
Basse luminosité
(2008)
1033 100 jours : 10 ≈ 8 000 000
Haute luminosité
(2010)
1034 100 jours : 100 ≈ 80 000 000
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Plan• Le canal lepton + jets
• Reconstruction du côté hadronique• principe• mesure de la masse• comparaison des générateurs• calibration des jets légers • estimation des erreurs systématiques
• Reconstruction du côté leptonique
Pour plus de détails: ATL-COM- 2005-002
Etudes utilisant des événements « de Rome » (tt non inclusif)
Analyses basées sur les AOD
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Le canal (lepton + jets) : caractéristiques2.5 Millions/an @ basse luminosité
• Principaux bruits de fond
• Sélection des événements
Processus (pb)
Signal 250
bb l+ jets 2.2 106
W + jets l + jets 7.8 103
Z + jets l+l- + jets 1.2 103
WW l + jets 17.1
WZ l + jets 3.4
ZZ l+l- + jets 9.2
Avant toute coupure,S/B ≈ 10-4
Sélection du lepton 1 lepton reconstruit (e, µ) isolé, PT (lepton) > 20 GeV/c , || < 2.5 ET
miss > 20 GeV Précalibration de l’énergie des jets (à mieux que 1 %) Sélection des jets 2 jets b , PT > 40 GeV/c, || < 2.5 2 light-jets, PT > 40 GeV/c, || < 2.5
Après sélection,S/B ≈ 30
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Reconstruction du côté hadronique• Masse invariante mjj pour les événements avec seulement 2 jets légers:
• Choix de la paire de jets légers et étalonnage en énergie: 2 basé sur M(W) :
Minimisation du 2 choix de la paire de jets légers (j1, j2) et détermination des facteurs de calibration (1,2)
Reconstruction du W hadronique, gardé comme candidat si | M(W) – 80.4 | 2 W
<Mjj> = 79.6 ± 0.4 GeV/c2
jj = 8.8 ± 0.5 GeV/c2
Sélection des candidats W hadroniques dans une fenêtre en masse de ± 5 jj autour de <mjj>
2
2
222
1
112
212 )1()1()2,(
j
j
j
j
W
Wjj EEMM
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Reconstruction du côté hadronique
• Mesure de la masse: association W – b : jet b donnant le top de plus grand PT
Reconstruction de la masse du quark top résultant :
Pour une masse du top générée = 175 GeV/c2 :M(top) = 176.1 ± 0.6 GeV/c2
top= 11.9 ± 0.7 GeV/c2
Erreur statistique pour 10 fb-1 : 0.05 GeV/c2
ATLAS(MC@NLOand full sim.)
Mauvais b Mauvais W
Caveat : contamination attendue due à des événements tt jjb jjb
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Reconstruction du côté hadronique
• Performances
Efficacité (%)
(/ événements semileptoniques
Pureté W (%) Pureté b(%) Pureté top (%)
Fenêtre complète
2.70 ± 0.05 56.0 ± 0.9 63.2 ± 0.9 40.5 ± 0.9
± 3 (Mtop) 1.82 ± 0.04 69.1 ± 0.8 75.8 ± 0.8 58.6 ± 0.8
64000 events @ 10 fb-1
• Bonne linéarité de la méthode
Mas
se r
econ
stru
ite
Masse générée
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Reconstruction du côté hadronique
• Contribution négligeable du bruit de fond dominant (W + jets) à la mesure de la masse:
W + 4 jets
Signal seul : M(top) = 176.1 ± 0.6 GeV/c2
= 11.9 ± 0.7 GeV/c2
Signal + bdf: M(top) = 176.2 ± 0.6 GeV/c2
= 12.1 ± 0.7 GeV/c2
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Reconstruction du côté hadroniqueComparaison des générateurs: MC@NLO % TopRex (CBNT)
Multiplicité des jets PT (jet de plus haut PT) (GeV/c) PT (lepton) (GeV/c)
MC@NLO (CBNT) : M(top) = 175.5 ± 0.6 GeV/c2 (top) = 12.8 ± 0.7 GeV/c2
TopReX (CBNT): M(top) = 175.8 ± 0.6 GeV/c2 (top) = 12.4 ± 0.7 GeV/c2
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Reconstruction du côté hadronique• Compréhension de la calibration des jets
légers (Méthode développée pour Z ee)
• Génération de « templates » mjj à partir de W qq PYTHIA avec ensembles de (échelle d’énergie , résolution )
• 2 (template – données) minimum Fit simultané de et
• Résultats avec données = 100 fb-1 PYTHIA– global à 0.6 % avec 500 pb-1
– en fonction de E (bins 20 GeV) – permet aussi de retrouver la résolution en
fonction de E (reconstruit = injecté)
• Résultats avec données = Rome (500 pb-1) – attendu ~ 0.96 – 0.97– fitté = 0.960 ± 0.005– trop grand à comprendre
injecté
reconstruit
3 templates (parmi quelques milliers)
Qualité du fit de (en fonction de l’énergie)
Ejet / Equark
Echelle d’énergieattendue
1%
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Reconstruction du côté hadroniqueErreurs systématiques
Source d’erreur Mtop (GeV/c2)
Echelle d’énergie des jets légers (1 %) 0.2
Echelle d’énergie des jets b (1 %) 0.7
Fragmentation des quarks b 0.1
ISR 0.1
FSR 1.
Bdf combinatoire 0.1
Total 1.3
Erreur statistique 0.05
Fragmentation des quarks b : erreur estimée en changeant le paramètre de Peterson (-0.006 ) à l’intérieur de son incertitude (0.0025) ISR, FSR : erreur estimée comme 20% de |mt(ISR,FSR - on) - mt(ISR,FSR - off) |
Chiffresdatant du TDR(simulation rapide)
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Reconstruction du côté leptonique• Idée : utiliser pleinement le côté leptonique (réduction de la combinatoire,…)
• Reconstruction du neutrino:
pT (): hypothèse : ETmiss = pT ()
approximation : désintégrations leptoniques (b,c) non prises en compte + problèmes dans la reconstruction de ET
miss dans les événements de Rome
pz() : M(W) = 80.4 = M(l Résolution d’une équation du second degré en pz() 33 % des cas : pas de solution sinon, 2 valeurs de pz()
Pxmiss,reco – px(MC neutrino)
px = 0.15 ± 0.05= 17.60 ± 0.05
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Reconstruction du côté leptonique
Reconstruction des masses des 2 quarks top:
• Pour chaque paire (jet b 1, jet b 2), calcul de m = mtop(hadronique) – mtop (leptonique)
associations (W,b) des 2 côtés: celles qui minimisent m
• Pureté du b : 63.5 % côté hadronique, 65.2 % côté leptonique gain faible / utilisation du côté hadronique seul mais améliorations possibles
(fit cinématique, ETmiss mieux comprise,…)
Pour une masse du top générée = 175 GeV/c2 :M(top) = 174.1 ± 0.6 GeV/c2
(top) = 14.6 ± 0.7 GeV/c2
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Conclusion et perspectives
• Mesure de la masse du top dans le canal lepton + jets :
erreur statistique négligeable, très rapidement une précision de 1 GeV/c2 sera atteinte au LHC
compréhension de certaines erreurs systématiques (FSR) à parfaire
exploitation du côté leptonique à développer
• Autres canaux de mesure :
di-leptons : mesure indirecte, faible statistique, mais canal très pur hadronique : bruit de fond QCD important sensibilité distincte aux différentes sources d’erreurs systématiques
Il sera utile et fiable de croiser les différentes méthodes