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

Transcript

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

2 Outline Limiti alla massa dell Higgs Teorici Sperimentali Studio del trigger per il canale tth Stato finale completamente adronico Stato finale semi-leptonico Analisi (ricostruzione) Studio del tth nello stato finale completamente adronico e relativi fondi risonanti

3 Limiti teorici alla massa dell Higgs massa dell Higgs dipende dalla costante λ dalla relazione ccoppiamento quadruplo dell Higgs viene corretto due diagrammi che introducono rinormalizzazione della costante λ che diventa nzione della scale di energia Λ: λ cresce con q 2 λ diminuisce con q 2 Fissata la massa del Top l Higgs deve eccedere un valore minimo per non indurre λ a valori troppo piccoli

4 Limiti sperimentali alla massa dell Higgs Ricerca indiretta (fit elettrodeboli) LEP & SLC: La precisione ottenuta nelle misure del processo e + e - ff ha permesso di verificare le correzioni radiative: Correzioni fotoniche QED Correzioni elettrodeboli Misura delle asimmetrie left-right e forward-backward dovute alla violazione di parità nei processi deboli Ricerca diretta (LEP): Avvenuta principalmente tramite il canale: e + e - Z * Z 0 H 0 Fornisce un limite inferiore: M H > 114 GeV 95% C.L

5 Correzioni a e + e - ff Quadratico nella Massa del Tot Logaritmica nella Massa dell Higgs Inducono delle correzioni ai parametri del modello standard: N th i = f (m2 top ; log m H ) sin 2 θ eff =k e sin 2 θ w M z Γ z A FB A LR Misura dei decadimenti Rapporti di decadimento

6 Correzioni a e + e - ff Possiamo estrarre dei fit per ognuno dei parametri misurati in funzione della massa dell Higgs

7 Risultati e + e - ff (N th χ 2 i = Σ -Nsp i )2 i χ 2 =f(logm H ) N 2 i Log(M H )=1,99 ± 0.21 M H < 160 GeV (1 σ) M H <212 GeV (2 σ) 95% C.L. Per mezzo di tali fit si previde la massa del Top M top =(174.3 ± 5.1) GeV Risultato sperimentale

8 Produzione dell Higgs SM Gluon-gluon fusion Vector boson fusion W and Z bremsstrahlung Associated production tth Higgs leggero

9 Decadimenti dell Higgs Se M H < 160 GeV Higgs preferisce decadere una coppia di bb Ma la produzione di QCD bb è cira 9 ordini di grandezza più grande Studio del decadimento γγ BR ~ 2 x 10-3 Produzione associata di top tth

10 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

11 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

12 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)

13 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)

14 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

15 Trigger L1 tth adronico 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

16 High Level Trigger (100 Hz) Si sfruttano le informazioni del tracciatore per eseguire il riconoscimento dei quark b Nero = tth adronico 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

17 High Level Trigger (100 Hz)..confrontiamo efficienza di segnale con Rate QCD tth adronico 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

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

19 HLT tth semi-leptonico Applicando lo stesso Trigger sviluppato per il lo stato finale completamente adronico 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

20 Numero di jet ricostruiti..utilizzando due differenti simulatori: Fast recontruction Full recontruction Pythia + cmsjet Numero jets Ancora non siamo riusciti a ricostruire un più alto numero medio di jet con ORC L analisi continua con CMSJET

21 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

22 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

23 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

24 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

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

26 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 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

27 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%

28 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 scenario Mass btag scenario

29 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!!