Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodotto in fusione di bosoni vettori deboli e che decade in coppie di quarks b

Transcript

1 Introduzione Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodotto in fusione di bosoni vettori deboli e che decade in coppie di quarks b Giorgia Rauco per la collaborazione CMS INFN e Università di Pisa Congresso Nazionale SIF -6 Settembre 4 Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

2 Introduzione VBF Hbb Proprietà del segnale Strategia dell analisi Introduzione Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

3 VBF Hbb Introduzione VBF Hbb Proprietà del segnale Strategia dell analisi σ(pp H+X) [pb] - pp H (NNLO+NNLL QCD + NLO EW) pp qqh (NNLO QCD + NLO EW) pp WH (NNLO QCD + NLO EW) pp ZH (NNLO QCD +NLO EW) pp tth (NLO QCD) s= 8 TeV M H [GeV] LHC HIGGS XS WG Decadimento: il Modello Standard prevede che il bosone di Higgs a 5 GeV decada principalmente in b b ( 6%) la ricerca del decadimento H b b è un punto essenziale per verificare l accoppiamento del bosone di Higgs con i fermioni di tipo down Produzione: la produzione del Bosone di Higgs avviene principalmente tramite fusione di gluoni, in cui lo stato finale b b non è ricercabile a causa dell enorme fondo di QCD il secondo canale di produzione è VBF jets aggiuntivi con segnatura molto particolare minor fondo di QCD H b b cercato anche (più tradizionalmente) in VH e tth Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 3 / 9

4 Proprietà del segnale Introduzione VBF Hbb Proprietà del segnale Strategia dell analisi q q W, Z W, Z q H q b b questo canale è caratterizzato da: eventi con stato finale composto da 4 jets jets di b-quark centrali jets di quarks leggeri VBF con grande η e m qq attività adronica ridotta tra i jets VBF è l unico canale totalmente adronico in cui si cerca l Higgs SM è un canale studiato solo a CMS Documentazione in CMS PAS HIG-3- Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 4 / 9

5 Strategia dell analisi Introduzione VBF Hbb Proprietà del segnale Strategia dell analisi EVENT DISPLAY Trigger topologico sulle principali caratteristiche del segnale e selezione offline discriminatore di jets da gluoni/quarks attività adronica addizionale regressione sul p T dei b-jets 3 Analisi multivariate per massimizzare la discriminazione tra segnale e fondo 4 Fit dello spettro di m b b Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 5 / 9

6 Introduzione Trigger Preselezione degli eventi Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 6 / 9

7 Trigger Introduzione Trigger Preselezione degli eventi i 4 jets di segnale hanno p T moderato ( 6 GeV) necessario un trigger dedicato Hardware Trigger: efficienza 6% e rate 3.5 khz 3 jets con p T superiori a delle soglie fissate 68, 48, 3 GeV uno tra i primi due jets con maggiore p T può essere in avanti (.6 < η < 5.) mentre gli altri due devono essere centrali ( η <.6) Software Trigger: efficienza % e rate Hz 4 jets con impulso trasverso superiore rispettivamente a soglie ottimizzate 8, 65, 48, 35 GeV almeno uno tra i 4 jets selezionati deve essere identificato con proveniente da un quark b i due VBF jets (qq) sono scelti come quelli meno ricostruiti come b-jets o come quelli più separati in pseudorapidità m qq > 8,,, 4 GeV e η qq >.5 Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 7 / 9

8 Preselezione degli eventi Introduzione Trigger Preselezione degli eventi 4 jets con p T > 85, 7, 6, 4 GeV i jets leggeri sono individuati secondo l ordinamento di identificazione di b-jets o l ordinamento di separazione in pseudorapidità e devono soddisfare le condizioni: m qq > 3 GeV η qq >.5 per rimuovere il grande fondo QCD di coppie b b back-to-back si richiede φ b b < Events / 6 GeV s = 8 TeV 6 Presel. & Trigger Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Events / s = 8 TeV Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Events / s = 8 TeV 5 Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Data / MC M qq (GeV) m qq Data / MC η qq η Data / MC φ bb φ grafici dopo la selezione Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 8 / 9

9 Introduzione Discriminazione tra jets di gluoni e quarks Attività adronica addizionale Regressione del p T dei jets Elementi Addizionali Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 9 / 9

10 Introduzione Discriminazione tra jets di gluoni e quarks Discriminazione tra jets di gluoni e quarks Attività adronica addizionale Regressione del p T dei jets Fondo di QCD: frazione di jets originati da gluoni dominante rispetto a quella di jets dovuti ai quarks Segnale VBF: in un interazione pp puramente elettrodebole, solo i jets generati da quarks sono possibili sfruttando le differenze in molteplicità, forma e frammentazione del jet è quindi possibile separare il fondo dal segnale 5 variabili sono usate come input di una likelihood: la molteplicità di particelle del jet la massima frazione di energia trasportata da un componenti del jet 3 RMS max dei componenti nel piano ηφ 4 RMS min dei componenti nel piano ηφ 5 pull (asimmetria) dei componenti del jet Events /.4 Data / MC 6 Presel. & Trigger s = 8 TeV th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb QGL per S, QGL per B informazioni più dettagliate su CMS PAS JME-3- Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

11 Attività adronica addizionale Introduzione Discriminazione tra jets di gluoni e quarks Attività adronica addizionale Regressione del p T dei jets Segnale VBF: produzione elettrodebole di jets rapidity gap di scambio di colore QCD soppresso tra i due jets VBF Altre regioni: tra i due b-jets tra i jets VBF e i rimanenti constituenti del protone construzione di variabili soft usando una collezione di tracce addizionali per separare il segnale dal fondo: la molteplicità N jets la somma scalare dei p T H soft TEvents / GeV segnale Data / MC.5.5 s = 8 TeV Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD (.3) Z+jets fondo tt single top Soft H T (GeV) SOFT H T W+jets VBF H(5) bb GF H(5) bb Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

12 Regressione del p T dei jets Introduzione Discriminazione tra jets di gluoni e quarks Attività adronica addizionale Regressione del p T dei jets Calibrazione dell energia dei jets di default in CMS: calibrazione media non considera le proprietà interne dei jets Regression: una calibrazione multidimensionale dedicata ai b-jets da H b b sfrutta il metodo delle reti neuronali fornisce un fattore correttivo per ogni b-jet migliora la risoluzione di m b b ( %) ) - (GeV dn/dm bb /N.3.. = 5 GeV (set A) VBF M H Regressed Raw Reg. FWHM = 7. GeV Raw FWHM = 3.8 GeV CMS simulation M bb (GeV) come validazione del metodo si sono studiati direttamente gli eventi Z + b-jet Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

13 Introduzione Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 3 / 9

14 Introduzione la ANN ha in ingresso le distribuzione di variabili discriminanti e le loro correlazioni il discriminante in uscita e la distribuzione di m b b devono essere scorrelate il segnale ha un massimo a ma ha anche una coda a bassi valori Events /.4 Data / MC s = 8 TeV ANN Output ANN Output Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD (.3) Z+jets tt single top W+jets VBF H(5) bb GF H(5) bb la sensitività è massimizzata suddividendo i dati in 5 categorie secondo l output dell ANN Probability Density.6 CMS Simulation CAT CAT CAT3 CAT CAT ANN Output QCD Signal Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 4 / 9

15 Introduzione Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 5 / 9

16 Introduzione Modello di fit background: 3 componenti QCD Z/W + jets 3 top segnale: Cristal Ball + polinomio di Bernstein Fit della Z il modello è stato testato nel decadimento della Z eventi di Z dal fit 844 ± 7 con significanza.5σ Events /.5 GeV Events / 4. GeV Data - Bkg. Fit 5 5 Data-Fit s = 8 TeV L = 9. fb HIGGS FIT CAT4 Data Background-only Fit Fit ± σ Fit ± σ Signal (5 GeV) M bb (GeV) Data Background + Z Fit Background Fit Fitted Z s = 8 TeV - L = 9. fb Z FIT mbbcor M bb (GeV) Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 6 / 9

17 Introduzione Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 7 / 9

18 Introduzione tutte le categorie sono state combinate insieme, tranne CAT i limiti sono stati ottenuti tramite il metodo degli intervalli di confidenza asintotici il limite superiore osservato è 3.6xSM, quello aspettato 3.xSM e la forza del segnale è µ = σ/σ SM =.7 5 GeV 95% Asymptotic CL Limit on σ / σ SM s = 8 TeV - L = 9. fb VBF H bb CL S CL S CL S CL S CL S Observed Expected H5 Injected Expected ± Expected ± Higgs Mass (GeV) σ σ Aggiornamento in via di approvazione (articolo entro fine 4) usati più dati analisi più ottimizzata Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 8 / 9

19 Introduzione Grazie a tutti per l attenzione! Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 9 / 9

20 Slides addizionali Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting / 9

21 CMS detector Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting /9

22 Identificazione di b-jet τ.6 ps cτ 5µm distanza di volo osservabile si utilizzano algoritmi basati su parametro di impatto ricostruzione del vertice secondario Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 3 / 9

23 Trigger Paths Nome Efficienza 33 L_TripleJet_64_44_4_VBF 6% 5 khz L_TripleJet_64_48_8_VBF 56% 3.5 khz L_TripleJet_68_48_3_VBF 5%.5 khz Tipo Nome Efficienza Rate@5 33 QuadJet75_55_35 BtagIP_VBF 9.% 8 Hz CaloJets QuadJet75_55_38 BtagIP_VBF 8.% 6 Hz QuadPFJet75_55_35 BTagCSV V BF % Hz QuadPFJet75_55_38 BTagCSV PFJets V BF 9.6% 9Hz QuadPFJet78_6_44_3_BTagCSV V BF 8.3% 3.5Hz QuadPFJet8_65_48_35_BTagCSV V BF 6.5% 3.5Hz Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 4 / 9

24 S/B discrimination DISCRIMINATING VARIABLES Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 5 / 9

25 B-tag discriminant Events /.4 Data / MC 6 Presel. & Trigger s = 8 TeV st jet (btag ordering) btag discriminant - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Events /.4 Data / MC s = 8 TeV nd jet (btag ordering) btag discriminant Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 6 / 9

26 Quark/gluon discriminant Events /.4 Data / MC s = 8 TeV rd jet (btag ordering) quark-gluon discriminant Presel. & Trigger - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Events /.4 Data / MC 6 Presel. & Trigger s = 8 TeV th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant - Data (9. fb ) QCD ( Z+jets tt single top W+jets.3) VBF H(5) bb GF H(5) bb Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 7 / 9

27 Incertezze sistematiche Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 8 / 9

28 m b b Events /.5 GeV s = 8 TeV L = 9. fb CAT Data Background-only Fit Fit ± σ Fit ± σ Signal (5 GeV) 3 Events /.5 GeV 3 - s = 8 TeV L = 9. fb CAT Data Background-only Fit Fit ± σ Fit ± σ Signal (5 GeV) Data-Fit - Data-Fit M bb (GeV) M bb (GeV) - s = 8 TeV L = 9. fb - s = 8 TeV L = 9. fb Events 6 4 CAT3 Data Background-only Fit Fit ± σ Fit ± σ Signal (5 GeV) Events /.5 GeV 5 5 CAT4 Data Background-only Fit Fit ± σ Fit ± σ Signal (5 GeV) 5 Data-Fit 5-5 Data-Fit M bb (GeV) M bb (GeV) Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 9 / 9