Ricerca del bosone di Higgs prodotto in associazione con un bosone W, nello stato finale

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1 Ricerca del bosone di Higgs prodotto in associazione con un bosone W, nello stato finale µµτjet, con CMS a LHC Speaker: Maria Teresa Grippo, per la Collaborazione CMS Università di Siena, INFN Sezione di Pisa XCVIII Congresso Nazionale, Napoli 17 Settembre

2 Compact Muon Solenoid (CMS) 09/ ,4 fb ,6 fb -1 z y φ x BARREL ENDCAP 2

3 Fisica del τ M τ = 1.78 GeV cτ = 87 µm Il τ è presente in canali di fisica interessanti: ü Higgs MS e MSSM (h/h/a ττ e H ± τν) ü Prodotti di decadimento di W e Z ü decadimenti SUSY e ESOTICI La segnatura sperimentale di un tau-adronico (τ jet ) è un jet collimato, con uno o tre adroni carichi (π/k), un ν τ e fotoni provenienti dal π 0. I jet da quark o gluoni, possiedono una segnatura simile. 3

4 Strategia dell analisi CMS-PAS-HIG [1] Ricerca di WH ττ usando i dati raccolti nel 2011 (4.7 fb -1 a 7 TeV) Due stati finali con tre leptoni analizzati eµτ (comunicazione R.Radogna) e µµτ. Sensibile a : WH Wττ lτ l τ j WH WWW llτ j Stima dei fondi WZ/ZZ: MC + misure di CMS del 2011 Altri fondi (QCD e EWK): tecnica data - driven del fake rate WH! (m H = 125 GeV ) µµ (@ 7 TeV) (@ 8 TeV) BR 0.9 fb 1.1 fb 4

5 Canale WH (µ + ν)(ττ µ + τ jet + 3ν) Higgs leggero: 115 m H 140 GeV W * W µ ν µ µ Migliora la segnatura dell evento alta efficienza di trigger. H τ τ ν µ ν τ ν τ Sopprimono il fondo da QCD Canale più pulito 2 BR predominante dopo bb jet Stato finale: due µ energetici e isolati, τ jet collimato e ν 5

6 Selezione degli oggetti Muone e τ jet Trigger: DoubleMuon con le soglie in p T più basse, non prescalato Identificazione del µ: selezione standard di CMS per il canale H ττ [3] Isolamento relativo con particelle ricostruite dall algoritmo Particle Flow [4] Selezione dei Muoni p T > 20,10 GeV e η < 2.1 Selezione del τ jet : p T (τ) > 20 GeV e η < 2.3 Ricostruiti i modi di decadimento del τ (algoritmo HPS [2] ) Reiezione degli elettroni e muoni Isolamento relativo con particelle ricostruite dall algoritmo Particle Flow 6

7 Selezione degli eventi µµτ L T = (somma scalare dell energia trasversa E T dei leptoni dello stato finale ) >80 GeV NON ci devono essere e, µ, τ j o b-jets extra ricostruiti nell evento Richiesta che la carica totale q = 1 Coppia µµ deve avere la stessa carica elimina i fondi del tipo Drell-Yan Z µ + µ - + jets 7

8 Stima del fondo Due tipi di fondi: Fondi Dibosonici WZ & ZZ con tre leptoni reali isolati, stimati con il MC (normalizzati al NLO ) Fondi Fake con almeno un jet che misidentifica un leptone, con probabilità non trascurabile: Z µτ j + jet l, tt µτ j + jet l, W µ+jet τj + jet l, QCD multi jet Uso dei dati per la descrizione del fondo : tecnica Data Driven Fake Rate: f(p T ) = N tight / N loose Quante volte un leptone con una selezione meno stringente (N loose ), passa la selezione più stringente (N tight ) 8

9 Stima del fondo con leptoni fake Metodo 1. Misura del fake rate jet µ f(p T ) in regioni di controllo opportune: ü esclusione della regione di segnale (anti-isolamento) ü selezione il più vicino possibile a quella finale per evitare bias 2. Estrapolazione del fondo ripesando gli eventi nella regione anti-isolata, utilizzando il fattore di correzione stimato dal fake rate: w(p T )=f(p T )/(1- f(p T )). Procedura applicata a entrambi i leptoni Somma dei risultati Eliminazione dei doppi conteggi 9

10 Studio del signale WH con la tecnica del truth matching Quante volte l assegnazione dei 2 µ è corretta? Ricostruzione a Livello di Generatore dello stato finale W(µ + ν) H(ττ µ + τjet + 3ν) MATCHING in ΔR(gen,reco) alla fine della selezione ü Associazione in base al p T ü Associazione corretta dei due µ ü Associazione non corretta dei due µ La massa invariante ricostruita dell Higgs è insensibile all assegnazione dei due µ 10

11 Risultati Finali Massa visibile del Bosone di Higgs candidato Limiti di esclusione sulla sezione d urto di produzione dell Higgs 2011 COMBINED µµτ e eµτ [1] 11

12 Conclusioni E stato studiato il canale WH (µ + ν)(ττ µ + τ jet + 3ν) Fondi stimati utilizzando la tecnica data driven del fake - rate Nessun eccesso osservato sulla produzione dell Higgs MS Limite osservato sulla sezione d urto di produzione dell Higgs con 4.7 fb -1 a 7 TeV: 8 volte σ(ms) per m H = 125 GeV Analisi con la statistica del 2012 è attualmente in fase di approvazione 12

13 Referenze [1] CMS Collaboration, Search for WH in Final States with Electrons, Muons, Taus, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS-HIG (2012). [2] CMS Collaboration, Tau Identification in CMS, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS-TAU (2011). [3] CMS Collaboration, Search for the standard model Higgs boson decaying to tau pairs in pp collisions, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS- HIG (2012). [4] The Particle Flow Physics Object Group, Particle Flow Reconstruction of Jets, Taus, and MET, CMS NOTE AN-2009/

14 Back up slides 14

15 Risoluzioni dei rivelatori in CMS Tracciatore: σ (δd 0 ) ~ 10 µm e σ (δp T / p T ) ~ 1.5 % per particelle attorno ai 100 GeV Calorimetro EM (ECAL): σ (E)/ E ~ 0.5 % attorno ai 100 GeV Calorimetro adronico (HCAL): σ (E)/ E = 100 % / E % Sistema muonico: σ (δp T / p T ) dall 1% al 5 % fino ad 1 TeV. Definizioni in CMS ΔR = Δ 2 2 η + Δφ Apertura di un cono 1 E + p L y = ln 2 E pl θ η = ln tan 2 Rapidità Pseudorapidità 15

16 Campioni MC utilizzati 16

17 Object ID: Muons Analysis uses the same object ID as H ττ analysis ü Global, 1 good hit in the rst two muon stations ü Tracker, 2 matches in the chambers of the muon detector ü 10 hits in the tracker system ( 1 in the pixel detector only) ü χ 2 / NDF of the global track fit < 10 ü η <2.1 ü TIP d 0 <0.02 cm ü d z <0.2 cm ü Particle Flow Isolation computed in ΔR = 0.4 cone ü Isolation corrected for PU using Δβ technique 17

18 Object ID: Hadronic Taus Analysis uses the same object ID as H ττ analysis ü HPS algorithm ü Decay Mode Finding, Combined Loose Isolation ü Includes Δβ corrections ü η <2.3 ü Tight anti - µ discriminator ü Loose anti- e discriminator in µµτ ü MVA based anti - e discriminator in eµτ Object ID: Everything Else Analysis uses the same object ID as H ττ analysis ü MET: PFMET, only used to define fake rate measurement control region. ü b - jets: PFJets with corrected p T > 20 GeV, TCHE >

19 Fake Rate Jet τ 19

20 20

21 Double Fake Rate Correction ü QCD and W τ h ν+ jet e + jet µ backgrounds: have a fake electron and a fake muon so they get counted twice in the e + µ fake sum ü corrected for by: anti - isolating both light leptons simultaneously this selects only events with two fakes weighting events by both fake rate w 1 w 2 functions subtract from fake rate sum ü Correction is 3% of fake estimate for eµτ, 10% for µµτ Data MC Correction ü Efficiencies for lepton reconstruction, ID, isolation from data ü Efficiency of Double Muon trigger from data ü Correction factors for values extracted from MC determined from data using tag&probe ü Correction factor for MuonEG trigger measured in Z ττ eµ control region ü Corrections to Jet Energy Scale 21

22 Fonti di errori sistematici 22

23 Canali di decadimento della coppia ττ m = 115GeV σ ( WH) = 0,7546 pb σ = σ ( WH) BR( W µν) BR( H 0,75 0,11 0,0765 0,22 = 0,0014 pb σ H eff eff L(4700 pb 1 ττ ) BR( ττ µτ ) = 6,58 = Numero di eventi aspettati jet ) = 23

24 Trigger L1: 40 MHz 100 KHz LOCALE: calo trigger, tracce dalle camere a muoni REGIONALE: info dai rivelatori GLOBALE: migliori oggetti L1 (calorimetri e sistema a muoni) HLT: 100 KHz O(100) Hz Info da L1 software L2: calorimetri e muoni L2.5 = L2 object + match con il riv. Pixel L3: L2.5 + info dal tracciatore intero v Gli eventi selezionati vengono taggati in base alla selezione Dataset v Gruppi (STREAM ) speciali per la calibrazione 24

25 Trigger muoni L1 Muon: DT e CSC trigger: ü Identificazione delle tracce cariche ü Tracce nelle camere a muoni RPC: pattern matching L2 Muon: L1 object, seed per le tracce nelle camere a muoni soglie in p T del trigger path efficienza del % L3 Muon: L2 muon + tracce p. cariche nel tracciatore centrale σ(p T )/ p T ~ 1.5 % Primary Dataset OR dei vari trigger path HLT dataset di dimensioni confrontabili Classificati dal T0 a seconda del trigger bit scattato Stream: selezioni primarie ü Stream A = analisi off-line ü Primary Dataset: in cui sono presenti tutti i trigger path ü Aumento delle soglie e dei fattori per prescalare con l aumentare di L per mantenere il rate a circa 100 Hz 25

26 Particle Flow 26

27 Algoritmo di Particle Flow (PF) Algoritmo di ricostruzione e identificazione delle particelle stabili, di oggetti complessi ( jet, τ,...) Ricostruzione dei Isolamento dei leptoni carichi. cluster Ricostruzione delle Procedura di linking: tracce ü tracce e cluster accoppiati in blocchi ü associazioni basate sulla segnatura attesa per le varie particelle 27

28 Particle Flow jet % del p T ricostruito Grande miglioramento grazie all uso delle tracce cariche sulla risoluzione in energia a basso p T 28

29 Particle Flow - PFTau Risoluzione in η : Miglioramento di un fattore 2 29

30 HPS Algorithm The HPS reconstructs hadronic decay channels using elettromagnetic objects and charged hadrons. The HPS algorithm takes PF photons or PF electrons in order to reconstruct π 0 mesons the most energetic associated to a strip Then charged hadrons and meson π 0 candidates (p T strip > 1 GeV)are used to reconstruct one specific decay mode: ü Single Hadron: h± or h ± π 0 ü Hadron + Strip: h ± π 0 ü Hadron + 2 strip: h ± π 0 or h ± π 0 π 0 ü 3 hadrons: h ± h ± h ± 3 Working points are defined requiring no charged hadrons or photons above a threshold excluding the tau constituents. 30

31 Efficienza di ricostruzione del τ jet HPS Efficienza aspettata dell algoritmo HPS: Z ττ 31

32 Muoni efficienza di ricostruzione STANDALONE MUON: Muoni dalle camere a muoni ü Efficienza ricostruzione ~ 99% ü 98% of charge Id probability for muons with p T = 50 GeV GLOBAL MUON: Muoni dalle camere a muoni input e vengono estese fino alle tracce nel tracciatore ü Efficienza ricostruzione ~ 99% ü ~ 100% of charge Id probability for muons with p T = 50 GeV 32

33 Limite sulla sezione d urto di produzione dell Higgs LINEA NERA CONTINUA= sezione d urto di produzione dell Higgs che escludiamo, divisa per la sezione d urto di produzione dell Higgs MS a quella massa. LINEA NERA TRATTEGGIATA= Mediana del limite aspettato in assenza di Higgs solo fondo. LINEA NERA CONTINUA < 1: Esclusione del bosone di Higgs LINEA NERA CONTINUA > LINEA NERA TRATTEGGIATA: Eccesso di eventi σ ε sel < N MAX L N 0 σ del processo da escludere P( N N ) < 5% > MAX 33