Algoritmi di trigger ad alto livello per l'identificazione di jet con b con il rivelatore CMS a LHC

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1 Algoritmi di trigger ad alto livello per l'identificazione di jet con b con il rivelatore CMS a LHC Riccardo Ranieri Collaborazione CMS INFN and Università di Firenze LXXXVIII Congresso Nazionale Società Italiana di Fisica 26 Settembre 1 Ottobre 2002

2 Il progetto LHC LHC = Large Hadron Collider Aleph CMS Alice L3 LEP - LHC Opal Doppio anello di magneti superconduttori nel tunnel di LEP SPS LHCb Periodo di presa dati a bassa luminosità: 2x10 33 cm -2 s -1 ATLAS PS Delphi Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 2

3 Il rivelatore CMS CMS = Compact Muon Solenoid Tracker Pixel+Silicon Tracker 250 m 2 Si HCAL rame + scintillatori 21.5 m 15 m Magnete superconduttore 4 Tesla ECAL cristalli PbWO 4 Camere µ Drift Tubes + Cathode Strip Chambers Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 3

4 La sfida Molti b da fisica interessante Supersimmetria Higgs fisica dei quark t e b Molto fondo di QCD Rate ~1KHz jet E t =250 GeV LA SFIDA L1: 40 MHz input L1: 100 KHz output scrittura offline: 100 Hz Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 4

5 hardware hardware + software 10-7 s 10-6 s 10-3 s 10-0 s Livelli di Trigger Riduzione dei 40 MHz di input fino a 100 Hz Calorimetri + Muoni = L1 [100 KHz] + Tracker = HLT [100 Hz] decisione da prendere in pochi µs si utilizzano un migliaio di CPU commerciali tempo corrispondente alle CPU Pentium III 1 GHz di oggi: ~500 ms/evento Scrittura su disco + ricostruzione offline [1 evento ~ 1 MB ~TB/day] Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 5

6 Sistema Tracciante Si pixel n + su substrato n 150x150 µm 2 staged: 2 barrel (r=4.3, 7.1 cm) + 1 disco (z>30 cm) Si strip p + su substrato n 10 layers + 12 dischi da entrambe le parti pitch: µm spessore: µm Double sided (stereo angle 100mrad) Single sided Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 6

7 Tag di b-jet È impossibile utilizzare l intero tracciatore per il trigger di alto livello (HLT) Possibile soluzione: Pixel individuazione del vertice primario di interazione Tracciatura Regionale coni nel piano η-φ intorno alla direzione dei jet ricostruiti dopo il Livello 1 calorimetrico (ECAL+HCAL) Ricostruzione delle tracce condizionata (parziale) stop quando una traccia ha un numero sufficiente di hit Applicazione del btag ai jet sufficiente risoluzione nella misura del parametro di impatto delle tracce Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 7

8 Vertice Primario Risoluzione: ~30 µm Efficienza ~100% Velocità ~50 ms/ev 1 GHz CPU z PV rec -z PV sim [cm] Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 8

9 Tracciatura regionale bb cc Numero di tracce R uu Studio del numero medio di tracce nei jet in funzione dell apertura del cono R nel piano η-φ Apertura del cono (intorno alla direzione dei jet) ottimale: R<0.4 Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 9

10 Ricostruzione parziale Ricostruzione completa Buona risoluzione con 5 hit Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 10

11 Efficienza e Fake Rate Con 7 hit il Fake Rate ha raggiunto il livello minimo Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 11

12 Efficienza e Fake Rate Con 7 hit il Fake Rate ha raggiunto il livello minimo Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 12

13 Impact Parameter Tag 2 dim 3 dim Tag dei jet richiedendo un minimo numero di tracce con significatività del Parametro di Impatto (IP) superiore a una certa soglia Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 13

14 Performance del btag Parametro di Impatto 2 dim: la performance online è la stessa dell offline Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 14

15 Ricostruzione di 2 jet Tempo di CPU inferiore a 400 ms/ev con 8 hit per traccia Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 15

16 WH Studio del segnale - W( µν µ )H 115 ( bb) m H =115 GeV/c 2 σ=1.31x10-10 mb Fondo µjj W/Z/γ µx σ 10-5 mb Minimum Bias (QCD jet + µ) σ 52.4 mb Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 16

17 Risultati Tempo di CPU: 200 ms/ev!!! ~13% efficienza con ~30 Hz rate del fondo Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 17

18 Conclusioni Possibilità di utilizzare il Tracker di CMS durante la fase di trigger di alto livello posizione del Vertice Primario di interazione ricostruzione parziale e regionale delle tracce btag online con ottime prestazioni selezione di eventi di fisica del b ricerca del bosone di Higgs anche nel canale di decadimento in jet b Algoritmi di trigger per la fisica del b a CMS Riccardo Ranieri 18