Reconstruction combinée des muons dans ATLAS

1. Reconstruction combinée des muons dans ATLAS Samira Hassani DAPNIA / SPP • Combinaison des traces • Identification des muons de bas Pt • Performances et résultats

2. RPC TGC CSC MDT Reconstruction des muons En traversant le détecteur Atlas, un muon est détecté dans : • 2 systèmes de reconstruction de traces avec une grande précision : le trajectographe interne et le spectromètre à muons • Les calorimètres Les trois systèmes fournissent des signaux pouvant servir à la mesure ou à l’identification • Syst performant à grand pT ● B E perdue dans le Calo> 3GeV ID performant pour les bas pT B Champ Solénoïdal Champ toroïdal inhomogène

3. Qu’est ce qu’on peut combiner ? Identification des  de bas pT Combinaison des traces • Segments • Trace Système + + • E perdue dans le Calo • Trace ID + • Trace ID Aspects importants : alignement Système / ID , Précision de mesure de E perdue dans les calorimètres Echelle d’énergie du ID et du Système

4. Combinaison des traces • La combinaison des mesures effectuées dans le système à muons avec celles du trajectographe interne : - améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV - permet la rejection des muons provenant des interactions secondaires et ceux résultant de la désintégration en vol des , • STACO : COmbinaison STAtistique des Traces mesurées indépendamment dans le trajectographe interne et le spectromètre à muons Samira Hassani

5. STACO : Propagation de la trace au périgée • La trace est reconstruite dans le ID par des algorithmes dédiés au périgée • La trace reconstruite dans le Système à muons est retro-propagée vers le faisceau • Les effets des diffusions multiples et des fluctuations de l’énergie perdue dans les calorimètres sont pris en compte dans la propagation de la matrice de covariance • La combinaison des traces est acceptée si le 2 global est inférieur à une certaine valeur maximale Samira Hassani

6. Z (MS) mm mean=20.3 ± 0.6 σ = 43.7 ± 0.7 Offset = 0.31 ± 0.68 Slope = 1.02 ± 0.06 Z (ID) mm Impact Parameter at Perigee (mm) Propagation de la trace au périgée dans le Combined Test Beam • Extrapolation des traces des chambres à muons au périgée sur une distance de ≈40 m marche • La corrélation entre la coordonnée Z de la trace retro-propagée au perigée et celle du ID au périgée montre que la pente est égale à 1

7. (%) pT(GeV) Résultats de STACO Z 2 (DC3) Single Muon (DC1) ID seul σ = 2.77 ± 0.08 Système seul σ = 3.60 ± 0.05 σ = 2.46 ± 0.03 STACO • STACO améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 GeV <pT < 100 GeV • STACO améliore la résolution en masse du Z par ~10% (~30%) par rapport auID seul (Système seul)

8. pT(GeV) Identification des muons de bas Pt • L’efficacité de reconstruction et de combinaison décroît très rapidement à bas pT • La reconstruction précise des muons de bas pT dans un champ magnétique très inhomogène est délicate • Beaucoup de muons sortent des calorimètres avec une très faible énergie et ne peuvent pas atteindre les stations « medium » ou « outer », ou ne sortent pas du tout

9. MuTag : Identification des muons de bas Pt • MuTag est un nouvel algorithme qui a été développé en Juillet 2005 • Principe de la méthode : • Commencer à partir des traces ID reconstruite au périgée • Extrapoler ces traces aux segments reconstruites dans les stations internes (BIx, EIx) ( les segments sont des quantité reconstruite et non seulement une collection de hits) • Essayer d’associer les traces ID avec des segments qui n’ont pas déjà été assosiés à une trace combinée • Appliquer des coupures supplémentaires sur la qualité des segments Stations Internes

10. Association en : ID - Segment Une simple extrapolation est utiliséeMSpredicted = ID + f(ID )/ pT 1.2 <|η| < 2 |η| < 1.2 14 mrad 70 mrad  .pT absence de la seconde coordonnée dans les stations internes une faible contrainte dans l’association des segments aux traces ID Présence des TGC => 2nd coordonnée dans les stations internes

11. Association  : ID - Segment |η| < 1.2 1.2 <|η| < 2 .p (mrad.GeV) à pT = 5 GeV • Une extrapolation simple : extrapolé = ID • La trace est tagguée si : |MS predicted - MS|/ <3 et | MS Predicted - MS|/ <3 Samira Hassani

12. Rejection de MuTag Lumi05.sf01 Single μ (PT = 11 GeV) Une rejection > 930 est obtenue dans un environnement de bruit

13. Performances de MuTag Lumi00.sf00 samples Efficiency Efficiency 11 GeV 9 GeV ◦ MuTag □ Muonboy ● STACO 7 GeV 5 GeV pT(GeV)  • MuTag améliore l’efficacité d’identification jusqu’à 96% dans l’intervalle • 5 < pT < 1000 GeV (MuTag n’est pas restreint au bas pT uniquement) • L’efficacité de MuTag est complémentaire à celle de STACO • MuTag comble le déficit d’efficacité dans le barrel mais il reste encore un trou àη~1.3

14. EML EOL =1 EEL =1.3 EIL Extrapolation aux chambres Medium Avant extrapolation Après extrapolation • Le déficit en efficacité à η~1.3 est dû à l’absence des chambres EEL et à la non-couverture totale en φ des EIL • L’extrapolation des traces ID aux chambres medium permet de combler le trou à • η ~1.3 • Mais, il reste à estimer les fausses traces. Eventuellement, on peut utiliser l’information de l’énergie déposée dans les tuiles pour réduire les traces fantômes

15. StacoCombinedMuon • STACO(ID+MS) • MS pour 2.5< <2.7 • StacoCombinedMuonLowPt • MuTag tracks (|η| <2.5) MboyCombinedMuon Reconstruction Standalone Enlever les intersections AOD Quelques mots de software • STACO / MuTag sont complètement intégrés dans le software d’ATLAS • STACO / MuTag utilisent en entrées les “common tracking tool ”et produisent des ESD en sortie Tag Muonboy / STACO/ MuTag sont actuellement dans le Tag par défaut jusqu’à nouvelordre

16. Les autres algorithmes Muid/MuidLowPt • Muid : fit global de la trace du muons en utilisant les hits mesurés séparément par les deux sous-détecteurs ID et Système à muons lors de la reconstruction standalone • MuidLowPt : les traces sont extrapolées aux chambres du Système à muons (MDT,RPC,CSC), et leurs hits sont associés à la trace ID selon leurs proximité en  et  • Comparaison entre STACO/Muid et MuTag /MuidLowPt • Exemple: l’analyse Higgs->4 μ • STACO est 10% plus efficace que Muid (2.2% par muon) • La fraction de fake muons : MuTag (0.9%) et MuidLowPt (5.6%) • STACO est decalé de ~0.5 GeV par rapport à la masse simulée alors que MuId est OK. Ceci est dû à la parémétrisation de l’énergie perdue dans le calo. On travaille pour résoudre ce problème.

17. Conclusion • STACO et MuTag marchent très bien et donnent les meilleures performances dans les différentes analyses • La procédure de rétro-propagation a été testée avec succès avec les données du test beam • L’utilisation de l’énergie mesurée dans les calorimètres est en cours de développement • Nos algorithmes seront testées et affinées en vue des conditions réalistes du démarrage du LHC Samira Hassani