The Compact Muon Solenoid Experiment. Conference Report. Mailing address: CMS CERN, CH-1211 GENEVA 23, Switzerland

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1 Available on CMS information server CMS CR -011/18 The Compact Muon Solenoid Experiment Conference Report Mailing address: CMS CERN, CH-111 GENEVA 3, Switzerland 19 September 011 Studio del processo Z- bb con i dati del 011 di CMS Alberto Zucchetta for the CMS Collaboration Preliminary Abstract Presented at SIF 011: XCVII CONGRESSO NAZIONALE SOCIET ITALIANA DI FISICA

2 Università degli Studi di Padova Dipartimento di Fisica G. Galilei Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS Alberto Zucchetta 8 Settembre 011 Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 1 / 13

3 La ricerca della Z b b Scopo della ricerca Z b b L estrazione del segnale Z b b a CMS è utile per vari motivi: Misurazione della b-jet Energy Scale (bjes) Conoscenza approfondita del comportamento dei b-quark (frammentazione, decadimento leptonico) Correzione alla misura dell energia dei jet Training per la ricerca di risonanze b b Test per algoritmi finalizzati al miglioramento della b-jet energy resolution Importante per le ricerche dell Higgs leggero (mh < 135 GeV ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS / 13

4 La b-jet Energy Scale La b-jet Energy Scale (bjes) è il rapporto tra la misura di energia dei b-jet misurata dall esperimento e quella simulata Corregge l errore sistematico della misura E T b-jet Importante per la misura di mtop (V tb 1) Applicabile anche alla ricerca di mh (H b b) Applicabile in generale a tutte le risonanze con b-jet Si differenzia dalla JES per le differenti caratteristiche dei jet da b-quark Frammentazione dura Massa mb alta Decadimento semileptonico con leptoni e neutrini nello stato finale Br(B l) 3% Ricerca di una risonanza con massa nota con b-quark nello stato finale Z b b Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 3 / 13

5 Precedenti studi a CDF [1] hanno dimostrato come si possa estrarre la b-jet energy scale con il segnale della Z b b bjes = Events per GeV/c CDF II data (584 pb ) Best background Z->bb MC Z + background Events per GeV/c GeV/c Dijet mass M jj (GeV/c ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 4 / 13

6 La bjes per mtop Importanza della bjes per m top m top è un parametro libero per i fit elettrodeboli allo SM Una misura precisa permette una migliore predizione di mh m W [GeV] July 011 LEP and Tevatron LEP1 and SLD 68% CL χ July 010 m Limit = 158 GeV Theory uncertainty α (5) had = ± ± incl. low Q data 80.3 m H [GeV] α m t [GeV] 1 Excluded Preliminary m H [GeV] m top è un parametro importante in SUSY A causa del grande accoppiamento di Yukawa dei quark di terza generazione, i loro partner SUSY t 1 e b 1 potrebbero essere gli squark più leggeri [] Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 5 / 13

7 La bjes per m H Importanza della bjes per m H Recenti risultati suggeriscono un Higgs leggero (m H < 145 GeV ) Limiti superiori di CMS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [3] 95% CL limit on σ/σ SM 10 1 CMS Preliminary, s = 7 TeV -1 Combined, L = fb int Observed Expected ± 1σ Expected ± σ Higgs boson mass (GeV/c ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 6 / 13

8 La bjes per m H Importanza della bjes per m H Recenti risultati suggeriscono un Higgs leggero (m H < 145 GeV ) Limiti superiori di CMS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [3] Limiti superiori di ATLAS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [4] 95% CL Limit on σ/σ SM 10 ATLAS Preliminary Observed Expected ± 1 σ ± σ CLs Limits 1 Ldt = fb s = 7 TeV m H [GeV] Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 6 / 13

9 La bjes per m H Importanza della bjes per m H Recenti risultati suggeriscono un Higgs leggero (m H < 145 GeV ) Limiti superiori di CMS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [3] Limiti superiori di ATLAS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [4] L Higgs ha Br(H b b) 90% Per mh < 135 GeV nel Modello Standard [5] ½ ¼º½ ¼º¼½ ¼º¼¼½ ¼º¼¼¼½ ½¼¼ ½ ¼ ½ ¼ ¾¼¼ ÅÀ Î ¼¼ ÏÏ Ø Ø Ê Àµ Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 6 / 13 ¼¼ ¼¼ ½¼¼¼

10 La bjes per m H Importanza della bjes per m H Recenti risultati suggeriscono un Higgs leggero (m H < 145 GeV ) Limiti superiori di CMS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [3] Limiti superiori di ATLAS alla massa del bosone di Higgs al 95% C.L. [4] L Higgs ha Br(H b b) 90% Per mh < 135 GeV nel Modello Standard [5] Per Higgs leggero h nel Minimal Supersimmetric Standard Model (MSSM) [6] ½ Ø Ò Ê µ ÏÏ ½ ¼º½ Ø Ò ¼ Ê µ ¼º½ ÏÏ ¼º¼½ ¼º¼½ ¼º¼¼½ ¼ ½¼¼ Å Î ½½¼ ½¾¼ ½ ¼ ¼º¼¼½ ¼ ½¼¼ ½½¼ Å Î ½¾¼ ½ ¼ ½ ¼ Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 6 / 13

11 Produzione della Z a LHC Obbiettivo Si vuole cercare il segnale della Z b b con i dati del 011 q Z b q b Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 7 / 13

12 Produzione della Z a LHC Obbiettivo Si vuole cercare il segnale della Z b b con i dati del 011 q Z b q b Il rapporto segnale/rumore è basso: Problema σ Z b b σ b b Background dominato da processi di QCD O(10 4 ) q b b b q b b b Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 7 / 13

13 Selezione del trigger L1 Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Selezione del trigger L1 in assenza (o in attesa) di un trigger dedicato L1 Jet trigger Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 8 / 13

14 Selezione del trigger L1 Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Selezione del trigger L1 in assenza (o in attesa) di un trigger dedicato L1 Jet trigger NO! rate inaccettabilmente alto alzando la soglia si pregiudica l osservazione del segnale A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 8 / 13

15 Selezione del trigger L1 Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Selezione del trigger L1 in assenza (o in attesa) di un trigger dedicato L1 Jet trigger NO! rate inaccettabilmente alto alzando la soglia si pregiudica l osservazione del segnale A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) L1 Muon trigger rate accettabile con una bassa soglia p T A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 8 / 13

16 Selezione del trigger L1 Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Selezione del trigger L1 in assenza (o in attesa) di un trigger dedicato L1 Jet trigger NO! rate inaccettabilmente alto alzando la soglia si pregiudica l osservazione del segnale A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) L1 Muon trigger rate accettabile con una bassa soglia p T Triggers implementati a High Level (HLT) Trigger muonico: Mu(9, 1, 0,... ) Trigger µ+jet: Mu(9, 1, 15)Jet(1, 0)BtagIP Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 8 / 13

17 Selezione del trigger L1 Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Selezione del trigger L1 in assenza (o in attesa) di un trigger dedicato L1 Jet trigger NO! rate inaccettabilmente alto alzando la soglia si pregiudica l osservazione del segnale A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) A. U Z+QCD Z signal M jj (GeV/c ) L1 Muon trigger rate accettabile con una bassa soglia p T Triggers implementati a High Level (HLT) Trigger muonico: Mu(9, 1, 0,... ) Trigger µ+jet: Mu(9, 1, 15)Jet(1, 0)BtagIP Situazione ideale: IP trigger a L1 Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 8 / 13

18 Selezione del HLT Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Soluzione: eventi con Jets+µ Permettono di selezionare un campione naturalmente arricchito di b adatto per estrarre il segnale Z b b Necessitano studio della Heavy Flavour Fraction e della b-tagging Efficiency Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 9 / 13

19 Selezione del HLT Strategie per la ricerca della Z b b a CMS Soluzione: eventi con Jets+µ Permettono di selezionare un campione naturalmente arricchito di b adatto per estrarre il segnale Z b b Necessitano studio della Heavy Flavour Fraction e della b-tagging Efficiency Il rapporto segnale/rumore è piccolo: σ Z b b/σ b b O(10 4 ) Richiesta di doppio b-tag Opportuni tagli cinematici ( φ, η,... ) Si riesce ad ottenere un rapporto S/N 1/10 Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 9 / 13

20 Lavori in corso Analisi non ancora approvata al momento Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 10 / 13

21 Future ricerche L osservazione della Z b b è preliminare all osservazione di altre risonanze con stati finali b b possibile ricerca in produzione associata SM: WH, ZH, t th, q qh t t q W, Z W, Z q g H g t H q H q t g t t Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 11 / 13

22 Future ricerche L osservazione della Z b b è preliminare all osservazione di altre risonanze con stati finali b b possibile ricerca in produzione associata SM: WH, ZH, t th, q qh possibile ricerca in produzione associata MSSM: bh, b bh t, b t, b q W, Z W, Z q g h, H, A g t, b h, H, A q h, H q g t, b t, b t, b Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 11 / 13

23 Future ricerche L osservazione della Z b b è preliminare all osservazione di altre risonanze con stati finali b b possibile ricerca in produzione associata SM: WH, ZH, t th, q qh possibile ricerca in produzione associata MSSM: bh, b bh t, b t, b q W, Z W, Z q g h, H, A g t, b h, H, A q h, H q g t, b t, b t, b In entrambi i casi la sezione d urto è molto minore della Z: a s = 7 TeV σ(h SM ) σ(z) L osservazione di un segnale Z b b può dimostare l applicabilità della stessa tecnica alle ricerche del bosone di Higgs nello stesso stato finale ma in topologie diverse Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 11 / 13

24 Bibliografia J. Donini, T. Dorigo et al., Energy Calibration of b-quark Jets with Z b b Decays at the Tevatron Collider, arxiv: v1, 008 P. Gris, SUSY Searches at the Tevatron, arxiv: v1, 011 The CMS Collaboration, Search for standard model Higgs boson in pp collisions at s = 7 TeV and integrated luminosity up to 1.7 fb 1, CMS PAS HIG-11-0, 011 The ATLAS Collaboration, Update of the Combination of Higgs Boson Searches in 1.0 to.3 fb 1 of pp Collisions Data Taken at s = 7 TeV with the ATLAS Experiment at the LHC, ATLAS-CONF , 011 A. Djouadi, The Anatomy of Electro-Weak Symmetry Breaking. I: The Higgs boson in the Standard Model, arxiv:hep-ph/050317, 005 A. Djouadi, The Anatomy of Electro-Weak Symmetry Breaking. II: The Higgs bosons in the Minimal Supersymmetric Model, arxiv:hep-ph/ , 005 The Tevatron Electroweak Working Group, Combination of CDF and D0 results on the mass of the top quark using up to 5.8 fb 1 of data, arxiv: v3, 011 Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 1 / 13

25 Stato attuale della misura di m top 15 Mass of the Top Quark July 011 (* preliminary) CDF I dilepton ± 11.4 (±10.3 ± 4.9) DØ I dilepton ± 1.8 (±1.3 ± 3.6) La misura più precisa di m top è stata pubblicata in Luglio 011 combinando i risultati di CDF e D0 con 5.8 fb 1 di dati [7] m top = 173. ± 0.9 GeV CDF II dilepton ± 3.8 (±. ± 3.1) DØ II dilepton ± 3.1 (± 1.8 ±.5) CDF I lepton+jets ± 7.4 (± 5.1 ± 5.3) DØ I lepton+jets ± 5.3 (± 3.9 ± 3.6) CDF II lepton+jets ± 1. (± 0.6 ± 1.1) DØ II lepton+jets ± 1.5 (± 0.8 ± 1.) CDF I alljets ± 11.5 (±10.0 ± 5.7) CDF II alljets * 17.5 ±.1 (± 1.4 ± 1.5) CDF II track ± 9.5 (± 9.0 ±.9) CDF II MET+Jets * 17.3 ±.6 (± 1.8 ± 1.8) Tevatron combination * 173. ± 0.9 (± 0.6 ± 0.8) (± stat ± syst) CDF March 07 χ1.4 /dof ± =.7 8.3/11 (± (68.5%) 1.5 ±.) m top (GeV/c ) Alberto Zucchetta Studio del processo Z b b con i dati del 011 di CMS 13 / 13