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

Philippe Doublet – LALRéunion 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 10-5 GeV-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) ] bbqqlv dans 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 process en 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 10-5 GeV-1 (si p grand)

– σ(pT)/pT² ≈ 2 x 10-5 GeV-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 λCoupure 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 decays semileptoniques 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 θDifférences 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 tagging et 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 plus haut b tag

Jet de second plus haut b tag

ImpuretésInefficacités

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