Studio dei decadimenti dell Higgs nel canale tth con il rivelatore CMS ad LHC D. Benedetti, L. Fanò, M.Biasini
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
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
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
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
Correzioni a e + e - ff Possiamo estrarre dei fit per ognuno dei parametri misurati in funzione della massa dell Higgs
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
Produzione dell Higgs SM Gluon-gluon fusion Vector boson fusion W and Z bremsstrahlung Associated production tth Higgs leggero
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
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
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%) 0.174 Pythia 0.255 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 231.98 comphep 0.20 comphep
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)
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 ~ 10.000 Eventi Per il segnale tth abbiamo invece generato (Pythia), simultato (cmsim125) e ricostruito con ORCA 6_0_2 1000 1000 Stato finale adronico Stato finale semi-leptonico 1 evento 4 min (2 CPU 1.2 GHz)
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
Trigger L1 tth adronico Low L=2x10 33 cm -2 s -1 Rate(s -1 )=eff x σ(mb) x 10 27 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
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
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 0.5 5 (1 b-tagged jet) 0.5 2.5 (2,3,4 b-tagged jet) Applicare solo il b-tagging senza un Trigger energetico non è vantaggioso
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
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
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
Sample per analisi completa Data Sample Pythia (Cmsjet) tth Hadronic comphep + Pythia Fast Reconstruction Cmsjet 4.801 20000 QCD p t-hat (30-170) GeV con almeno 2 b quark 2000000 Resonant Backgrounds ttz 20000 ttjj comphep + Pythia 1520000 ttbb 40000 Available in: /afs/cern.ch/cms/physics/pevlib
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
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
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
Ricostruzione tth adronico Higg mass = (108 ± 30) GeV W mass = (71 ± 11) GeV Top mass = (174 ± 19) GeV Mass GeV
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
Efficienze di selezione enario tth ttjj ttbb ttz N 0 exp 6855 6959400 45000 6000 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%
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
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!!