Studio e sviluppo di algoritmi per la selezione del canale H bb a CDF II

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1 18ottobre2007 Studioesviluppodialgoritmi perlaselezione delcanalehbbacdfii StefanoCamarda Relatore: Dr.DonatellaLucchesi Co Relatore: Dr.SilviaAmerio

2 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore None`possibileinserireiterminidimassa senzaviolarelasimmetriadigauge 2

3 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore None`possibileinserireiterminidimassa senzaviolarelasimmetriadigauge Camposcalare BosonediHiggs Rotturaspontaneadisimmetria: potenzialeafondodibottiglia valorediaspettazionenelvuoto H 3 Terminidimassa

4 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore None`possibileinserireiterminidimassa senzaviolarelasimmetriadigauge Camposcalare BosonediHiggs Rotturaspontaneadisimmetria: potenzialeafondodibottiglia valorediaspettazionenelvuoto H 4 Terminidimassa Particellascalare(spin0) Interpretazionedellamassa Nonancoraosservata

5 LimitidimassadelbosonediHiggs Limitidicoerenzadella teoria Ricercadirettaalcollider e+e LEP MH>114.4GeV/c295%CL Fitglobaledeiparametri delmodellostandard +33 MH=76 24 GeV/c2 MH<144GeV/c2 95%CL 5

6 LimitidimassadelbosonediHiggs Limitidicoerenzadella teoria Ricercadirettaalcollider e+e LEP MH>114.4GeV/c295%CL Fitglobaledeiparametri delmodellostandard +33 MH=76 24 GeV/c2 MH<144GeV/c2 95%CL 6

7 LimitidimassadelbosonediHiggs Limitidicoerenzadella teoria MLimit=144GeV Ricercadirettaalcollider e+e LEP MH>114.4GeV/c295%CL Fitglobaledeiparametri delmodellostandard +33 MH=76 24 GeV/c2 MH<144GeV/c2 95%CL 7

8 LimitidimassadelbosonediHiggs Limitidicoerenzadella teoria MLimit=144GeV Ricercadirettaalcollider e+e LEP MH>114.4GeV/c295%CL Fitglobaledeiparametri delmodellostandard +33 MH=76 24 GeV/c2 MH<144GeV/c2 95%CL 114.4<MH<182Gev/c2 8 95%CL

9 ColliderppTevatroneRivelatoreCDFII Energianelcentrodi massa:1.96tev Luminositàmassima: x10 cm s Intervallodicollisione: 396ns Scopertadeltop(1994) Collider OscillazioneBS Detectorat MisurediprecisioneM em t W Fermilab Circonferenza6.3Km 9

10 RivelatoreCDFII RivelatorealsilicioSVX CamereaderivaCOT Magnetisuperconduttori y Sistemaditracciatura Campomagnetico1.5T Sistemacalorimetrico Calorimetrielettromagnetici Calorimetriadronici Rivelatoridimuoni 10 Camereafili Scintillatori z x

14 RicercadelbosonediHiggsaCDFII MHiggs 135GeV/c2 DecadimentodominanteinWW MHiggs 135GeV/c2 Decadimentodominanteinbb 14 FinoraanalizzaticanalidiHiggscon produzioneassociatadibosonivettoriw,z Canalimenoprobabilima piu`facilmenteidentificabili

15 RicercadelbosonediHiggsaCDFII Canaledianalisiproposto: H bb inclusivo Difficiledistinzionedelsegnaledalfondo SensibilenellaregioneMH 135GeV/c2 MHiggs 135GeV DecadimentodominanteinWW MHiggs 135GeV Decadimentodominanteinbb 15 FinoraanalizzaticanalidiHiggscon produzioneassociatadibosonivettoriw,z Canalimenoprobabilima piu`facilmenteidentificabili

16 Selezionedelcampione Selezionedieventicondueb jet adaltaenergiatrasversanellostatofinale Jet Unjete`uninsiemediparticellegeneratenel processodiadronizzazioneilcuiasse coincideconladirezionedelpartoneoriginario Parametrodi impatto Vertice primario Vertice secondario Vitamedia: Lunghezzadidecadimento: Verticesecondario { adronib ~1ps L~1mm SelezionidiTrigger Duejetconalmenounatracciacon parametrodiimpatto>120 mperognijet Selezionioff line 16 Identificazionedidueb jettramitela ricostruzionediunverticesecondario Numerodieventinel campioneselezionato NB~

17 Eventidisegnaleattesi Eventiattesi NS= L Sezioned'urtodel processogg H bb: Efficienzaditriggereselezioni off linevalutatatramite simulazionemontecarlo Luminosita`integratadelcampione =0.68pb =3.17% 1 L=1.15fb Significanzastatisticadel campioneselezionato: 17 MH=120GeV/c2 } NS~25eventi N S / N B ~1/29

18 Composizionedelcampionedidati Massainvariantedel verticesecondario Identificazione Jet Tipologiedijetpresentinel campioneselezionato Quarkb Quarkc Quarkleggeri(u,d,s)egluoni Vertice secondario 18 DistribuzioniMonteCarloutilizzate pereseguireunfitsulcampionedi datiselezionato

19 Composizionedelcampionedidati Risultati N.Jet Fitdimassima verosimiglianza Fitallefrazioni:ledistribuzioni MonteCarlosonovariateentro glierroristatistici 2 / n.d.f. = 49 /47 19 Risultatidelfitdi composizionedelfondo Frazionedicoppiebb 0.90±0.02

20 Studiodelsegnaleperlaricercadi variabilidiscriminanti Ilfondoprevalentee`costituitodacoppiebb Ottenerelamigliordistinzionedel segnaledalfondoprevalente Analisidellevariabilidiscriminanti SimulazioniMonteCarlo segnale:h bb(mh=120gev/c2) fondo:produzionedirettadicoppiebb 20

21 Studiodelsegnaleperlaricercadi variabilidiscriminanti Risonanzanellospettro dimassainvariante 21 Irraggiamentonelpianotrasverso alladirezionedicollisione

22 Studiodelsegnaleperlaricercadi variabilidiscriminanti cos( Particellascalareaspinnullo: decadimentoisotropo Processiradiativi 22

23 Selezionemedianteretineurali RetiNeuraliArtificiali Algoritmidiclassificazionesviluppati nell'ambitodell'intelligenzaartificiale Rigorosadescrizionematematica: Approssimazionedifunzionicontinue ipersuperficiediclassificazionenello spaziodellevariabili outputdellareteneurale 0 eventidifondo 1 eventisegnale 23 probabilita`chel'eventosiasegnale

24 Risultati StrategiaI StrategiaII Selezionesuvariabilipoco correlateallamassainvariante Selezionesututtelevariabili Outputdireteneurale Outputdireteneurale Significanzamassimanellaregionedi 1/21 2 massainvariante90 130Gev/c Significanzamassimaalvariarediun 1/20 tagliosull'outputdellareteneurale Succesivaanalisi: Fitsulladistribuzione dell'outputdellareteneurale 24 Succesivaanalisi: Fitsullospettrodimassa invariante

25 Prospettive Risultatiincoraggianti Successivaanalisiconproceduradifit Ulteriorimiglioramentiprevisti: 25 Identificazionepiu`raffinatadeib jet Aumentodell'accettanzanellaricostruzionedeib jet Miglioramentodellarisoluzionedell'energiadeijete quindidellospettrodimassainvariante NuovitriggerperlaricercadelcanaleH bb

26 Conclusioni L'analisidelcanalepropostoin questatesipuo`contribuire significativamenteallaricerca dell'higgsall'esperimentocdfii nellaregioneabassamassa 26

27 Backup 27

28 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole SU 2 L U 1 Y Simmetriadigaugeforte SU 3 dicolore 4Bosonidigauge W+ W 28 Z 8Bosonidigauge Ga gluoni

29 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore 4Bosonidigauge Z e e W+ W 6leptoni i D Interazioneelettrodebole 29 8Bosonidigauge i D 6quark Ga gluoni u(up) c(charm) t(top)( d(down) s(strange) b(bottom) InterazioneForte None`possibileinserireiterminidimassa senzaviolarelasimmetriadigauge

30 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore 4Bosonidigauge Z e e W+ W 6leptoni Camposcalare BosonediHiggs 30 Rotturaspontaneadisimmetria: potenzialeasombrero valorediaspettazionenelvuoto 8Bosonidigauge Ga 6quark u(up) c(charm) t(top)( d(down) s(strange) b(bottom) Terminidimassa H gluoni

31 IlBosonediHiggsnelModelloStandard Simmetriadigaugeelettrodebole Simmetriadigaugeforte SU 2 L U 1 Y SU 3 dicolore 4Bosonidigauge Z e e W+ W 6leptoni 8Bosonidigauge Ga u(up) 6quark c(charm) t(top)( d(down) s(strange) b(bottom) Camposcalare BosonediHiggs 31 gluoni Rotturaspontaneadisimmetria: potenzialeasombrero valorediaspettazionenelvuoto H Particellascalare(spin0) Interpretazionedellamassa Nonancoraosservata

32 LimitidimassadelbosonediHiggs Limititeoricidi coerenzadellateoria: 130<MH<180GeV/c2 Unitarieta`dellamatricedi scatteringestabilita`delvuoto allascaladigrande unificazione ~

33 Limitesullasezioned'urtodell'HiggsalTevatron MHiggs<135GeV Decadimentoprincipaleinbb Produzioneassociataabosoni vettori WH l b b ZH b b ZH l l b b MHiggs>135GeV Nuovocanaledianalisi: H bb inclusivo 33 SensibilenellaregioneMH 135GeV/c2 DecadimentoprincipaleinWW H W W l l

34 Triggerericostruzioneoff lineperilcanale H bb Selezionedieventiarrichitiincoppiedijet daquarkbadaltomomentotrasverso MesoniB Caratteristicadistintiva Altavitamedia: ~1ps Lunghezzadidecadimentoper jetdiimpulsop~30gev: L= = P/m~1mm 34

35 Triggerericostruzioneoff lineperilcanale H bb Selezionedieventiarrichitiincoppiedijet SelezioniCalorimetriche: daquarkbadaltomomentotrasverso 2jetdiEnergiatrasversaE >15GeV T TriggerHigh_Pt_Bjet MesoniB ~1ps L~1mm { { Sistemaditracciatura: PerogniJet,unatracciacon parametrodiimpattod0>120 m RicostruzionediduejetdiET>28GeV Selezionioff line Identificazionedidueb jet Vertice Secondario Vertice Primario Ricostruzionediunvertice secondarioall'internodeljet 35 Parametrodi impatto Lunghezzadi decadimento

36 Segnaleattesoefondoosservato Segnale Ipotesidifondoprevalente b b decay Creazionedirettadicoppiebb: ~6nb b b (gg gg b b Eventiattesi NS= L q q b b H bb)=0.68pb Stimadell'efficienzadi triggereselezionitramite simulazionemontecarlo: 3.17% Luminosita`integrata: L=1.15fb 1 36 FondoOsservato: NS~25eventi NB~

37 Composizionedelcampionedidati Composizionedeisingolijet Fitdimassimaverosimiglianzacon distribuzionididatiemontecarlo Fitallefrazionistatisticafinita Terminiaggiuntivinella funzionedilikelyhood noncorrelazionetraiduejetdiunevento: Coppiedibbneidati~0.952=90% 37 Ilfondoe`compostoin prevalenzadicoppiebb

38 Selezionedelcampione Selezionedieventiconduequarkb adaltaenergiatrasversanellostatofinale Parametro diimpatto Sistemacalorimetrico Ricostruzionedijetadronici Vertice secondario Vertice primario Sistemaditracciatura Ricostruzioneditraiettoriediparticelle Jet { adronib SelezionidiTrigger 38 Duejet Unatracciaconparametrodi impatto>120 mperognijet Vitamedia: Lunghezzadidecadimento: Selezionioff line Identificazionedidueb jet tramitelaricostruzionediun verticesecondario ~1ps L~1mm

39 Significanze 39