Septiembre 2007Jesús Vizán1 Jesús Vizán, Javier Cuevas Univ. Oviedo, Spain Univ. Oviedo, Spain. Sección eficaz y masa del quark top en las desintegraciones.

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1 Septiembre 2007Jesús Vizán1 Jesús Vizán, Javier Cuevas Univ. Oviedo, Spain Univ. Oviedo, Spain. Sección eficaz y masa del quark top en las desintegraciones dileptónicas de un par top- antitop en el experimento CMS del LHC

2 Septiembre 2007Jesús Vizán2 Importancia del Top en el LHC.  Redescubrimiento del top… Commisioning 2008 oJES para bJet y jets ligeros oEficiencia del b-tagging  Medidas de precisión … 2009 en adelante oMedidas de presisión para  tt, m t, |V tb |  Búsquedas de nueva física oEl top es un fondo importante para muchos nuevos procesos.

3 Septiembre 2007Jesús Vizán3 Producción de Top en el LHC. La mayor parte de los tops en el LHC se producirán en forma de pares top-antitop. –La Sección eficaz de producción de pares top en el LHC es ~830pb (NLO) –90% de estos pares se producen mediante colisiones gluon-gluon. –el 10% restante se produce mediante colisiones qq También hay producción de tops individuales.

4 Septiembre 2007Jesús Vizán4 Generación, Simulación y Reconstrucción de los datos (1/2). Generación: –LLevada a cabo con programas (externos a CMS) como Pythia, Alpgen, Herwig, TopRex… –Generación de sucesos para física de altas energías: produce ficheros formateados con la información de las partículas (posición y momento) producidas por las interacciones entre dos partículas (colisiones protón- protón con 14 TeV en centro de masa en este caso). –Implementan modelos teóricos para diferentes aspectos físicos: fragmentación, funciones de distribución de los partones, radiación del estado inicial y final…

5 Septiembre 2007Jesús Vizán5 Generación, Simulación y Reconstrucción de los datos (2/2). Simulación: –LLevada a cabo con OSCAR (Object oriented Simulation for CMS Analysis and Reconstruction), programa basado en Geant4. –Simulación de los procesos físicos asociados al paso de las partículas (obtenidas en la generación) a través de los diferentes materiales que constituyen el detector. –Resultados de la interacción de las partículas con la materia se guardan en el formato de ¨simulated hits¨. Reconstrucción: –LLevada a cabo con ORCA (Object oriented Reconstruction for CMS Analysis) –Simulación de la respuesta electrónica a los ¨hits¨ en el detector.

6 Septiembre 2007Jesús Vizán6 Clasificación de las desintegraciones de los pares top-antitop. El top se desintegra casi exclusivamente dando lugar a un quark b y a un bosón W. Los pares top-antitop se clasifican por tanto en función de los productos de desintegración del sistema W + W - Posibles estados finales (Excluyentes): oTotalmente Hadrónico (4/9) → 6 jets oSemileptónico (4/9) → 4 jets + 1 leptón + 1 neutrino oDileptónico (1/9) → 2 jets + 2 leptones + 2 neutrinos

7 Septiembre 2007Jesús Vizán7 Desintegraciones dileptónicas de un par top-antitop. Estado final relativamente claro, compuesto por tt y algunos fondos de SM. Representa una pequeña fracción de los estados finales de un par tt (4/81) VentajasDesventajas 2 leptones cargados2 neutrinos - buena resolución en energía-pérdida de información -fondo menor Menos jetsNo W jets -menor dependencia del JES-no se puede hacer calibración in-situ del JES Signatura: 2 leptones carga opuesta, alto P T. µ+µ-, e+e- (1/81). eµ (2/81). Alta MET proveniente de los 2 neutrinos. 2 b-tagged jets con alta E T.

8 Septiembre 2007Jesús Vizán8 Esquema del detector CMS. Detector de píxeles (del tracker): Gran granularidad permite identificar vértices secundarios (hadronización de un quark b) Tracker: Gran cantidad detectores de silicio. Medida alta resolución en momento de electrones y muones de alto PT. Ecal (Calorímetro Electromagnético): Cristales de wolframato de plomo. Electrones depositan casi toda su energía en agrupación de varios cristales (SuperCluster). HCAL (Calorímetro Hadrónico): Láminas de Cobre. Hadrones depositan la mayor parte de su energía en este detector. Cámaras de Muones. Medida alta resolución muones.

9 Septiembre 2007Jesús Vizán9 Canal dileptónico en CMS. Este canal utiliza información de todos los subdetectores del CMS: –Muones: Cámaras de Muones + Tracker. –Electrones: Calorímetro Electromagnético + Tracker. –Jets procedentes de b-quarks: Calorimetría Electromagnética y Hadrónica para la reconstrucción del jet procedente del quark b. –Jet: Obtenido a partir deposiociones energías en ambos calorímetros en un cono  R fijo (En este caso 0.5, calculándose el centro del cono mediante algoritmo iterativo). –Posteriormente se calibra la energía en función E T y η (MC; sucesos γ+jets) Detector de píxeles para realizar el b-tagging: debido al no despreciable tiempo de vuelo del quark b en el detector es posible determinar la probabilidad de que un jet proceda de un quark b en función de la distancia entre la posición del origen del jet (vértice secundario) y la posición de la colisión (vértice primario). –Energía no medida (neutrinos): Balance de Energía en las dimensiones transversas usa información de todos los subdetectores.

10 Septiembre 2007Jesús Vizán10 Selección de sucesos: Leptones. Leptones: Esperamos tener 2 leptones con alta E T (y carga opuesta): Et > 20 GeV para ambos leptones. Carga Opuesta. |η| < 2.4 muones y |η| < 2.5 para electrones. Criterio de aislamiento (para evitar leptones que se producidos en la desintegración de mesones o bariones). Para seleccionar los pares top-antitop dileptónicos, se aplican cortes en variables cinemáticas en función de la signatura del canal: P T de los leptones, E T de los Jets, MET del suceso y B-tagging.

11 Septiembre 2007Jesús Vizán11 Selección de sucesos: Muones. Eficiencia criterio aislamiento muones ~80% Eficiencia de Reconstrucción para muones ~98.5% Excelente Resolución en momento

12 Septiembre 2007Jesús Vizán12 Selección de sucesos: Electrones. Se usa un criterio similar al de los muones para el aislamiento Se requieren cortes adicionales: –E/H<0.05 (Energía asociada ECal/ Energía HCal). –0.8<E/P< 3 (Energía Ecal / Momento traza Tracker). Eficiencia de Reconstrucción para electrones ~90% E/P

13 Septiembre 2007Jesús Vizán13 Selección de sucesos: MET Se requiere alta MET medida en el suceso: >40GeV.  Supone ~80% eficiencia para la señal. La presencia de 2 neutrinos en este canal produce una alta MET

14 Septiembre 2007Jesús Vizán14 Selección de sucesos: Jets Se requiere que haya 2 Jets con ET > 20 Gev y |η|<2.5 Para eliminar fakes de electrones a jets se usa el siguiente criterio: –Se acepta el jet si la energía del supercluster más cercano al jet (  R < 0.2) es menor que el 75% de la energía del jet –Fracción de los sucesos para los que ambos jets seleccionados son los originados por los quarks b es del 70%. –Jet. –Fake de electron a Jet

15 Septiembre 2007Jesús Vizán15 Selección de sucesos: b-tagging Se requiere que para los jets seleccionados se haya medido un vértice secundario. Eficiencia ~20%. Alta supresión de todos los fondos (excepto resto desintegraciones tt) Fracción de los sucesos para los que ambos jets seleccionados son los originados por los quarks b aumenta al 95%.

16 Septiembre 2007Jesús Vizán16 Fondos Principales para el canal. Fondos Físicos.  Dibosones (WW/WZ/ZZ) estados finales leptónicos + jets. Leptones Reales, MET Real, jets procedentes de radiación del estado inicial/final. Se espera medir estos fondos usando simulación de MC. Fondos Instrumentales.  Falsos leptones. W + jets; QCD con un jet mal identificado como un leptón  Drell-Yan (Z/γ* → l + l - ); Z + jets MET falsa obtenida de leptones o jets mal medidos. Sección eficaz enorme. Se espera estimar estos fondos a partir de los datos.

17 Septiembre 2007Jesús Vizán17 Resumen de la selección y sistemáticos. Selección.  Tras la selección completa se obtiene ~5% eficiencia para la señal y contaminación de fondo <10%.  El fondo más importante se ha estimado como el producido por sucesos Z + jets. Sistemáticos:  Diferentes causas afectan a la selección de señal y fondo y en consecuencia a la medida de la sección eficaz.  ISR, FSR, función de distribución de los partones, framentación. oEstudiadas mediante nuevas muestras obtenidas modificando parámetros teóricos en la fase de generación (simulación rápida del detector)  JES (para jets provenientes de quarks pesados) oEstudiada modificando los valores medidos de P T jet : P T jet  =(1±  )P t jet  lineal de [20,50GeV] →[10%,3%]

18 Septiembre 2007Jesús Vizán18 Medida de la masa del quark top (1/4) Los métodos de medida de la masa del top se basan en reconstruir una cantidad observable sensible a M Top. En este caso se parte de la medida de los momentos de los leptones y de los jets (tras aplicar la calibración). Suponiendo conocida la masa del W y del propio top y haciendo el balance de energía en las dimensiones transversas a la colisión se puede reconstruir la cinemática de los 2 neutrinos,

19 Septiembre 2007Jesús Vizán19 Medida de la masa del quark top (2/4)

20 Septiembre 2007Jesús Vizán20 Medida de la masa del quark top (3/4) Comparando ciertas variables cinemáticas asociadas a los neutrinos reconstruidos con los espectros predichos en el SM se puede asignar un peso a la solución obtenida. Para cada suceso se puede resolver el sistema de ecuaciones haciendo un barrido en Mtop. Pudiéndose asignar al suceso el valor de Mtop del barrido que proporciona un mayor peso. La variable obtenida de esta manera tiene una gran sensibilidad a Mtop.

21 Septiembre 2007Jesús Vizán21 Medida de la masa del quark top(4/4) Observable obtenido usando MTop = 175 GeV en la obtencion de las predicciones del SM para las variables cinemáticas empleadas para pesar las soluciones. Sistemático  m t (GeV) ISR FSR0.3 Anchura nula M w, M t 0.1 JES (1fb -1 )4.2 JES (1-10fb -1 )2.9 JES (10fb -1 )1

22 Septiembre 2007Jesús Vizán22 Conclusiones. Selección sucesos y sección eficaz. –Para los sucesos tt dileptónicos es posible posible seleccionar los sucesos con una eficiencia del 5% y una contaminación de sucesos de fondo de menos del 10%, para una luminosidad integrada ~10fb -1. –En esas mismas condiciones la medida de la sección eficaz estaría dominada por los sistemáticos. Obteniéndose  /  =11%(sist)+0.9%(estad)+3%(lumi) Método medida Mtop. –La mayor fuente de errores proviene de la JES. –Tras 10fb -1 (calibracíones Z+jet y γ+jet) sería posible estimar Mtop con un error ~1 GeV. La mejor medida posible junto con la del canal semileptónico.