Studio dei decadimenti dell Higgs nel canale tth con il rivelatore CMS ad LHC. D. Benedetti, L. Fanò, M.Biasini

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1 Studio dei decadimenti dell Higgs nel canale tth con il rivelatore CMS ad LHC D. Benedetti, L. Fanò, M.Biasini

2 Il Canale tth Stato finale completamente adronico Stato finale semi-leptonico 8 jets (W qq) 2 BR 46 % 6 jets + leptone W qq 2 x W lν BR 44 % La ISR & FSR possono aumentare il numero di jet nello stato finale aumentando il numero di combinazioni sbagliate nella ricostruzione in massa invariante

3 Sezioni d urto e fondi considerati s (pb) Generator g,qq->tth with ato finale adronico H(120 GeV) bb (BR= 71.3%) W q q (BR=67.6%) Pythia comphep 0.188(LO) M.Spira 0.228(NLO) M.Spira Backgrounds QCD p t-hat (15-170) GeV ~ 10 9 Pythia Resonant Backgrounds with W q q ttbb ttjj ( with j = u,d,c,s,g) ttz 1.50 comphep comphep 0.20 comphep

4 Sample Monte Carlo Full Reconstruction Fast Reconstruction Generazione (fisica) Simulazione (interazione con la materia) Hit formatting Digitizzazione Ricostruzione Pythia/compHEP ORCA (simulazione elettronica front-end + DAQ) ORCA (Hits tracce Cmsim Celle calorimetro jets.) Pythia/compHEP Cmsjet (smearing) / Cmsjet (Inefficienze)

5 Sample utilizzati (Trigger) Per lo studio di Trigger il fondo considerato è la QCD prodotta dalla CMS MC production 2002 La ricostruzione è stata fatta con ORCA 6_0_2 ~ Eventi Per il segnale tth abbiamo invece generato (Pythia), simultato (cmsim125) e ricostruito con ORCA 6_0_ Stato finale adronico Stato finale semi-leptonico 1 evento 4 min (2 CPU 1.2 GHz)

6 Trigger L1 (100 KHz) Distribuzione del primo jet più energetico, del secondo terzo e quarto Il quarto jet della QCD (fucsia) è sempre poco energetico RCA

7 Trigger L1 tth adronico RCA Low L=2x10 33 cm -2 s -1 Rate(s -1 )=eff x σ(mb) x x L(cm -2 s -1 ) 4 E TCALIBRATA >40 GeV 4 E TCALIBRATA >50 GeV Eff tth 80 % 65 % Rate QCD 1 KHz ~200 Hz

8 High Level Trigger (100 Hz) Si sfruttano le informazioni del tracciatore per eseguire il riconoscimento dei quark b Nero = tth adronico ORCA Rosso = QCD Partial reconstruction 5 hits track reco 0.4 cone 2 GeV pxl line Pt cut b-tagging 2 tracks at different SIP2D P2D = Significanza del parametro d impatto in 2D Richiedendo SIP 2D > 2 Si scarta più QCD ripetto al segnale

9 High Level Trigger (100 Hz)..confrontiamo efficienza di segnale con Rate QCD Richiedendo: 4 jets with E T >10 GeV (preselezione) 1,2,3,4 b-tagged jet Variando la Significanza in 2D (1 b-tagged jet) (2,3,4 b-tagged jet) Applicare solo il b-tagging senza un Trigger energetico non è vantaggioso tth adronico ORCA

10 High Level Trigger Trigger energetico + richiesta di b-tagging tth adronico ORCA Richiedendo: 4 jets with calibrated E T >50 GeV 1,2,3,4 b-tagged jet 2 trks with Sip2D>2.5: 20 Hz QCD Rate with 55 % Eff CMS-note 2002/044

11 HLT tth semi-leptonico Applicando lo stesso Trigger sviluppato per il lo stato finale completamente adronico ORCA One W decay in l n 4 jets with calibrated E T >50 GeV 1 b-tagged jet 2 trks with Sip2D>2.5: 20 Hz QCD Rate with 40 % Eff Ma si deve anche studiare l efficienza di un Trigger sul leptone

12 Sample per analisi completa Data Sample Pythia (Cmsjet) tth Hadronic comphep + Pythia Fast Reconstruction Cmsjet QCD p t-hat (30-170) GeV con almeno 2 b quark Resonant Backgrounds ttz ttjj comphep + Pythia ttbb Available in: /afs/cern.ch/cms/physics/pevlib

13 Controllo di cmsjet canale H bb (2 jet) H b b Al Variare della SIP2D [0.5,3.5] SIP2D = 1.5 Eff (ORCA) = 45.2 % Eff (Cmsjet) = 48.7 % Mistagging probability Z uu Cmsjet = 1.2 % (Drollinger) ORCA = 0.5 % SIP2D = 1.5 Eff (ORCA) = 12.7 % Eff (Cmsjet) = 11 % Cmsjet 2 tracks with P T > 0.9 GeV 0.4 cone ORCA 2 Tracks 10 Hits Track reco 0.4 cone 2 GeV pxl line Pt c

14 Controllo in massa invariante R=0.7 2 Tagged Jets (SIP2D=1.5) con Calibrated E T > 20 GeV /cms/jpg/spring2002/low_luminosity_jet_corrections H b b Cmsjet M H = (116±18) GeV M H = (115±14) GeV R=0.7 2 Tagged Jets (SIP2D=1.5) con E T > 20 GeV HLT SIP2D =2. ORCA Eff segnale Rate QCD ORCA 60% 30 Hz CMSJET 64.6% 57 Hz

15 Metodo di ricostruzione L analisi viene fatta HLTriggered Jets richiedendo: Almeno - 4 Tagged jets: 2 trks con sip2d>2 (or 2.5) - 4 No-Tagged jets Il χ 2 combinato che da le migliori masse W Si forzano le masse dei W a quelle nominali Si cercano i Tagged jets che danno il migliore χ 2 combinato per le masse dei top I rimanenti Tagged jets sono usati per ricostruire il segnale dell Higgs Se ci sono più di 2 Tagged jets si prende la combinazione in massa invariante più vicina a quella generata

16 Ricostruzione tth adronico CMSJET Higg mass = (108 ± 30) GeV CMSJET W mass = (71 ± 11) GeV Top mass = (174 ± 19) GeV Mass GeV

17 Diversi scenari di b-tagging formazione M.C. sul vero sapore ei due rimanenti jet Il principale background (high cross section) è ttjj, ma sono presenti molti c-jets e g,u,d,s-jets nello stato finale ossiamo studiare 3 scenari: t 50% b efficiency tth ttjj CMSJET b-jets c-jets g,u,d,s-je eff c-jets eff u-jets Cmsjet 10% 1.2% ORCA 10% 0.5% Mass btag 6% 0.1% Tesi di laurea Georges Massinelli Studio delle prestazioni del rivelatore di

18 Efficienze di selezione enario tth ttjj ttbb ttz N 0 exp HL-bT 64.6% 38.5% 45.6% 44% msjet-btag 4 b-jet 4 no b-jet 4.3% 0.12% 1.47% 0.43% RCA-btag 4 b-jet 4 no b-jet 3.8% 0.07% 1.35% 0.34% ass-btag 4 b-jet 4 no b-jet 2.9% 0.03% 1% 0.26%

19 Risultati finali Con le informazioni dei tre differenti scenari possiamo ottenere: -jets selection with gnificance = 2. (2.5) iggs mass > 70 GeV Cmsjet-btag ORCA-btag Mass-btag Signal 273(182) 241(168) 190(137) BG 7961(3520) 4846(2459) 1995(1188) S/ B (30 fb -1 ) 3. (3.1) 3.5(3.4) 4.3(4.) S/ B (100 fb -1 ) 5.5(5.7) 6.4(6.2) 7.8(7.3) ORCA b-tag scenario MSJET

20 Conclusioni e next step tth adronico HLT permette di selezionare il 55% di efficienza di segnale con 20 Hz di QCD Rate In fast reconstruction si riesce a separare il segnale dal fondo con S/ B = 4.3 (mass b-tag scenari tth semi-leptonico..futuro HLT sviluppato per il canale adronico permette di recuperare il 40% di eff per il canale semi-leptonico Implementare ORCA nella ricostruzione completa.laurearmi!!