Reconstruction d’événements e + e -  t tbar pour l’ILD

Reconstruction d’événements e+e- t tbar pour l’ILD Philippe Doublet – LAL Réunion du groupe ILC, 14 septembre 2010

Introduction • Le quark top • Quark le plus lourd : mesure de mtop = 174 GeV • Section efficace σ(e+e-  tt ) = 500 fb • Asymétries (avant-arrière, gauche-droite)  modèles de dimensions supplémentaires • ILD • Tracker  σ(pT)/pT² ≈ 2 x 10-5GeV-1 • Calorimètres  15%/√E (ECAL) et 60%/√E (HCAL) • Utilisation du Particle Flow pour améliorer la résolution sur les jets à σE/E ~ 3 – 4%

Reconstruction • J’utilise tous les softwares ILD de la LOI ainsi que les données reconstruites à ce moment • Particules MC  Simulation complète avec digitisation (Mokka)  Reconstruction (Marlin) • Algorithme de Particle Flow : PandoraPFA • Jet Clustering • B (et C) tagging (réseau de neurones – neural net) • L’étude a été faite par un groupe à Munich : • σ(mtop) = 140 MeV (erreur statistique – canal SL)

Le canal semileptonique • t  bW ( ~ 100% ) • e+e-  tt  (bW)(bW) (bqq)(blv) • On s’intéresse au canal semileptonique(i.e. un W se désintègre en leptons, l’autre donne des jets) • σ(tt  SL) = 145 fb • Environnement simple : 1 lepton énergétique, 2 jets de b, 2 jets qui forment un W • Le lepton donne des informations sur le top (charge et distribution angulaire)

Bruits de fond • qq (12000 fb): pas de lepton, sinon mhad. = mW • WW (qq)(lv) (4700 fb): mhad. = mW • WW  (qq)(qq) (3800 fb): pas de lepton, mhad. = 500 GeV • ZZ  (bb)(ll) (3800 fb): mbb = mZ, Etop ≠ Efaisceau • tt  bbqqqq (231 fb): pas de lepton, mhad. = 500 GeV • ZWW  (bb)(qq)(lv) (~50 fb): mbb = mZ, Etop ≠ Efaisceau • Résultats du groupe Munichois (méthode de vraisemblance) • 87.5% d’efficacité pour le signal • 99.8% de réjection du bruit • ZWW toujours inclus dans leur signal

Etude de la reconstruction • But : comprendre les différents aspects de l’identification d’un événement top • Mesure et identification du lepton • B tagging • Au niveau des générateurs (Whizard) : accès seulement à l’état final en fermions i.e. bbqqlv identique à ZWW  (bb)(qq)(lv) • A séparer en utilisant au niveau MC les masses du système bb et des deux tops reconstruits

Plan • Séparation tt / ZWW • Etude sur la mesure des traces chargées • Sélection du lepton • Etude du b tagging dans l’environnement semileptonique • Etude supplémentaire des photons ISR : quel est leur effet ?

Séparation tt / ZWW (1/3) • D’origine, le générateur (Whizard) donne des états finaux de fermions (p.ex. µµ, cssc, …) • Donc tt [ (bW)(bW) ] bbqqlvdans notre cas (q=u,d,s,c et l=e,µ,τ) • Mais ZWW  (bb)WW existe et est inclus dans ces fichiers, a priori le b.d.f. le plus difficile à supprimer sur tt •  Il faut séparer les deux processen utilisant p.ex. Mbb = MZ

Séparation tt /ZWW (2/3) Zones de coupure : |m-mtop|< 5 x Γtop ou R < 15 x Γtop (mtop = 174 GeV et Γ top = 1.51 GeV )

Séparation tt / ZWW (3/3) Pic du Z bien visible (Unités toutes en GeV)

Etude de la mesure des traces chargées • On veut trouver un lepton, il faut qu’il soit bien mesuré • Critère sur ΔP / P² ? • Les LOIs ne donnent que pT • σ(pT)/pT² ≈ 2 x 10-5GeV-1 (si p grand) • σ(pT)/pT² ≈ 2 x 10-5GeV-1 (+) 10-3 / pT sinθ(sinon) • J’ai 3 formules différentes pour calculer ΔP • Celles de Mark Thomson (uniquement pT), Hengne (à revoir) et la mienne (ΔP en utilisant seulement pT et tan λ, l’angle de dérive)

Mesure des traces chargées Hengne : Prend en compte l’erreur de position initial de la trace : utile pour p ? Philippe : Utilise seulement pT et tan λ Coupure de Hengne

Sélection du lepton • Premier critère : le lepton le plus énergétique • S’il n’y en a pas à moins de 10 GeV • Second critère : le lepton ayant le plus grand pT dans le jet le plus proche ou la fraction d’énergie emportée Elepton/Ejet > 0.8 • A améliorer : supprimer les leptons de decayssemileptoniques des B d’abord puis lancer la recherche sur les leptons restants • Calculer les efficacités et puretés d’identification des leptons dans cet environnement

ΔE et Cos θ Différences en énergies et angles entre le lepton reconstruit et le lepton MC par rapport aux valeurs du lepton MC Energie : 80% des leptons à 5 GeV près Corrélation  des leptons pas trouvés Problème à basse énergie : énergie du lepton reconstruit trop grande  on a certainement pris un lepton d’un decay de B Problème à plus haute énergie : énergie du lepton reconstruit trop faible  impulsion mal mesurée : trop grand ΔP/P² ? Cos θ : les leptons « manqués » sont partis dans le beampipe ou ont été mal mesurés par le disque central

B tagging • But : comprendre ensuite les performances du b tagging • Une fois le lepton trouvé, on le retire et on crée les jets en forçant à 4 leur nombre • Puis on applique le neural net développé pour le b tagginget on regarde le b tag associé à chaque jet (dont on sait par la table MC qu’il est d’un B ou léger)

Constats sur le b tagging • 43% des vrais jets de B ont un b tag < 0.8 • Surtout pour le deuxième jet de plus haut b tag • Rouge : vrai jet de B, noir : jet léger Jet de second plus haut b tag Jet de plus haut b tag Impuretés Inefficacités

Quelles sont les entrées du neural net qui donnent ces mauvais résultats ? Pour des vrais jets de B, on compare ceux qui ont un b tag > 0.8 et < 0.8

Conclusion partielle sur le b tagging • Les jets de B mal taggés ont • Un nombre moins important de traces, donc de vertex secondaires • Une mesure moins bonne de leur temps de vol • Une énergie plus faible que les jets de B • Cela vient des B se désintégrant semileptoniquement : on perd le neutrino • Il se peut en plus que le lepton identifié avant soit celui du B, ce qui réduit encore le nombre de traces

Etude bonus : les photons ISR Quels sont les photons que l’on reconstruit dans le détecteur ? On reconstruit 15% de photons Les photons difficiles à retrouver sont ceux dans le beampipe 83% des photons MC ont cos θ > 0.99 92% des photons reconstruits le sont à 5 GeV près E vs Cos θ pour le photon MC

Conclusion et perspectives • L’analyse est bien lancée, maintenant il faut l’améliorer : • Bonne sélection du lepton • Bonne compréhension du b tagging • Pour l’ECFA (fin octobre à Genêve) : l’analyse sur tous les événements de l’ILD doit être prête avec des valeurs pour mtop et la section efficace semileptonique mesurées

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