Ricerca del bosone di Higgs prodotto in associazione con...
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Ricerca del bosone di Higgs prodotto in associazione con un bosone W, nello stato finale
µµτjet, con CMS a LHC
Speaker: Maria Teresa Grippo, per la Collaborazione CMS
Università di Siena, INFN Sezione di Pisa XCVIII Congresso Nazionale, Napoli
17 Settembre 2012 1
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Fisica del τ
Il τ è presente in canali di fisica interessanti: ü Higgs MS e MSSM (h/H/A→ττ e H±→τν) ü Prodotti di decadimento di W e Z ü decadimenti SUSY e ESOTICI
La segnatura sperimentale di un “tau-adronico” (τjet) è un jet collimato, con uno o tre adroni carichi (π/K), un ντ e fotoni provenienti dal π0 . I jet da quark o gluoni, possiedono una segnatura simile.
• Mτ = 1.78 GeV • cτ = 87 µm
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Strategia dell’analisi CMS-PAS-HIG-12-006 [1]
• Ricerca di WH →ττ usando i dati raccolti nel 2011 (4.7 fb-1 a 7 TeV) • Due stati finali con tre leptoni analizzati eµτ (comunicazione R.Radogna) e µµτ . • Sensibile a :
• WH →Wττ →lτlτj • WH →WWW →llτj
• Stima dei fondi WZ/ZZ: MC + misure di CMS del 2011 • Altri fondi (QCD e EWK): tecnica “data - driven” del “fake rate”
WH ! ⌧⌧ (mH = 125 GeV ) �⇥ BRµµ⌧ (@ 7 TeV) 0.9 fbµµ⌧ (@ 8 TeV) 1.1 fb
Tabella 1: Possibili canali di decadimento dei due ⌧ provenienti dall’Higgs; con⌧e s’intende ⌧ ! e⌫̄e⌫⌧ , con ⌧µ invece ⌧µ ! µ⌫̄µ⌫⌧ e con ⌧jet un ⌧ che decade inadroni.
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Canale WH →(µ + ν)(ττ → µ + τjet + 3ν)
Higgs leggero: 115 ≤ mH ≤ 140 GeV
Stato finale: due µ energetici e isolati, τjet collimato e ν
Sopprimono il fondo da QCD
Migliora la segnatura dell’evento – alta efficienza di trigger.
W* W
H τ
τ
µ
νµ
µ
νµ
ντ
ντ
jet Canale più pulito – 2° BR predominante dopo bb
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Selezione degli oggetti – Muone e τjet
• Isolamento relativo con particelle ricostruite dall’algoritmo Particle Flow [4]
• Trigger: “DoubleMuon” con le soglie in pT più basse, non prescalato • Identificazione del µ: selezione standard di CMS per il canale H →ττ [3]
• Selezione dei Muoni pT > 20,10 GeV e |η|< 2.1
• Selezione del τjet : pT (τ) > 20 GeV e |η| < 2.3 • Ricostruiti i modi di decadimento del τ
(algoritmo HPS [2] ) • Reiezione degli elettroni e muoni • Isolamento relativo con particelle ricostruite
dall’algoritmo Particle Flow
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Selezione degli eventi µµτ
• NON ci devono essere e, µ, τj o b-jets extra ricostruiti nell’evento • Richiesta che la carica totale |q| = 1 • Coppia µµ deve avere la stessa carica
↳ elimina i fondi del tipo Drell-Yan Z → µ+µ- + jets
• LT = (somma scalare dell’energia trasversa ET dei leptoni dello stato finale ) >80 GeV
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Stima del fondo
Due tipi di fondi: § Fondi Dibosonici WZ & ZZ con tre leptoni reali isolati, stimati con il MC
(normalizzati al NLO ) § Fondi “Fake” con almeno un jet che misidentifica un leptone, con probabilità
non trascurabile: Z →µτj + jetl , tt → µτj + jetl , W → µ+jetτj + jetl , QCD multi – jet
Uso dei dati per la descrizione del fondo : tecnica Data – Driven
Fake Rate: f(pT) = Ntight / Nloose Quante volte un leptone con una selezione meno stringente (Nloose),
passa la selezione più stringente (Ntight)
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Stima del fondo con leptoni fake Metodo
1. Misura del fake rate jet →µ f(pT) in regioni di controllo opportune: ü esclusione della regione di segnale (anti-isolamento) ü selezione il più vicino possibile a quella finale per evitare bias
2. Estrapolazione del fondo ripesando gli eventi nella regione anti-isolata, utilizzando il fattore di correzione stimato dal fake – rate: w(pT)=f(pT)/(1- f(pT)).
• Procedura applicata a entrambi i leptoni
• Somma dei risultati • Eliminazione dei doppi
conteggi
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Studio del signale WH con la tecnica del truth – matching Quante volte l’assegnazione dei 2 µ è corretta?
Ricostruzione a Livello di Generatore dello stato finale W(µ + ν) H(ττ → µ + τjet + 3ν)
ü Associazione in base al pT
ü Associazione corretta dei due µ
ü Associazione non corretta dei due µ
La massa invariante ricostruita dell’Higgs
è insensibile all’assegnazione dei
due µ
MATCHING in ΔR(gen,reco) alla fine della selezione
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Risultati Finali Massa visibile del “Bosone di Higgs” candidato
Limiti di esclusione sulla sezione d’urto di
produzione dell’Higgs
2011 COMBINED µµτ e eµτ [1]
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Conclusioni
• E’ stato studiato il canale WH →(µ + ν)(ττ → µ + τjet + 3ν) • Fondi stimati utilizzando la tecnica data driven del fake - rate
• Nessun eccesso osservato sulla produzione dell’Higgs MS
• Limite osservato sulla sezione d’urto di produzione dell’Higgs con 4.7 fb-1 a 7 TeV: 8 volte σ(MS) per mH = 125 GeV
• Analisi con la statistica del 2012 è attualmente in fase di approvazione
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Referenze
[1] CMS Collaboration, “Search for WH in Final States with Electrons, Muons, Taus”, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS-HIG-12-006 (2012). [2] CMS Collaboration, Tau Identification in CMS, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS-TAU-11-001 (2011). [3] CMS Collaboration, “Search for the standard model Higgs boson decaying to tau pairs in pp collisions”, CMS Physics Analysis Summary CMS-PAS-HIG-12-018 (2012). [4] The Particle Flow Physics Object Group, Particle Flow Reconstruction of Jets, Taus, and MET, CMS NOTE AN-2009/039.
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• Tracciatore: σ (δd0) ~ 10 µm e σ (δpT / pT) ~ 1.5 % per particelle attorno ai 100 GeV
• Calorimetro EM (ECAL): σ (E)/ E ~ 0.5 % attorno ai 100 GeV • Calorimetro adronico (HCAL): σ (E)/ E = 100 % / √E + 0.05 % • Sistema muonico: σ (δpT / pT) dall’1% al 5 % fino ad 1 TeV.
Risoluzioni dei rivelatori in CMS
Definizioni in CMS 22 φη Δ+Δ=ΔR
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−
+=
L
L
pEpEy ln
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Apertura di un cono
Rapidità
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−=2
tanln θη Pseudorapidità
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Object ID: Muons
Analysis uses the same object ID as H →ττ analysis ü Global, ≥ 1 good hit in the rst two muon stations ü Tracker, ≥ 2 matches in the chambers of the muon detector ü ≥ 10 hits in the tracker system (≥ 1 in the pixel detector only) ü χ2 / NDF of the global track fit < 10 ü |η| <2.1 ü TIP |d0| <0.02 cm ü |dz| <0.2 cm ü Particle Flow Isolation computed in ΔR = 0.4 cone ü Isolation corrected for PU using Δβ technique
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Object ID: Hadronic Taus Analysis uses the same object ID as H →ττ analysis ü HPS algorithm ü “Decay Mode Finding”, “Combined Loose Isolation” ü Includes Δβ corrections ü |η| <2.3 ü Tight anti - µ discriminator ü Loose anti- e discriminator in µµτ ü MVA based anti - e discriminator in eµτ
Object ID: Everything Else
Analysis uses the same object ID as H →ττ analysis ü MET: PFMET, only used to define fake rate measurement control region. ü b - jets: PFJets with corrected pT > 20 GeV, TCHE > 3.3
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ü QCD and W→τhν+ jete + jetµ backgrounds: § have a fake electron § and a fake muon § so they get counted twice in the e + µ fake sum
ü corrected for by: § anti - isolating both light leptons simultaneously § this selects only events with two fakes § weighting events by both fake rate w1w2 functions § subtract from fake rate sum
ü Correction is ≈ 3% of fake estimate for eµτ, 10% for µµτ
“Double” Fake Rate Correction
ü Efficiencies for lepton reconstruction, ID, isolation from data ü Efficiency of Double Muon trigger from data ü Correction factors for values extracted from MC determined from data using tag&probe ü Correction factor for MuonEG trigger measured in Z →ττ →eµ control region ü Corrections to Jet Energy Scale
Data – MC Correction
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Canali di decadimento della coppia ττ
58,6)4700(0014,022,00765,011,075,0
)()()()(7546,0)(
115
1 =×
=×××
=→×→×→×=
=
=
−pbLpb
BRHBRWBRWHpbWH
GeVm
eff
jeteff
H
σ
µτττττµνσσ
σ
= Numero di eventi aspettati
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Trigger
• HLT: 100 KHz → O(100) Hz • Info da L1 – software • L2: calorimetri e muoni • L2.5 = L2 object + match con il riv. Pixel • L3: L2.5 + info dal tracciatore intero v Gli eventi selezionati vengono taggati in base alla selezione → Dataset v Gruppi (STREAM ) speciali per la calibrazione
• L1: 40 MHz → 100 KHz • LOCALE: calo trigger, tracce dalle camere a muoni • REGIONALE: info dai rivelatori • GLOBALE: migliori oggetti L1 (calorimetri e sistema a muoni)
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Trigger muoni • L1 Muon:
• DT e CSC trigger: ü Identificazione delle tracce cariche ü Tracce nelle camere a muoni
• RPC: pattern matching • L2 Muon:
• L1 object, seed per le tracce nelle camere a muoni • soglie in pT del trigger path • efficienza del 12 - 17 %
• L3 Muon: • L2 muon + tracce p. cariche nel tracciatore centrale • σ(pT)/ pT ~ 1.5 %
Primary Dataset • OR dei vari trigger path HLT • dataset di dimensioni confrontabili • Classificati dal T0 a seconda del trigger bit scattato • Stream: selezioni primarie
ü Stream A = analisi off-line ü Primary Dataset: in cui sono presenti tutti i trigger path ü Aumento delle soglie e dei fattori per prescalare con l’aumentare di L per mantenere il rate a circa 100 Hz
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Algoritmo di Particle Flow (PF)
Procedura di linking: ü tracce e cluster accoppiati in “blocchi” ü associazioni basate sulla segnatura attesa per le varie particelle
• Algoritmo di ricostruzione e identificazione delle particelle stabili, di oggetti complessi ( jet, τ, ...) • Isolamento dei leptoni carichi.
Ricostruzione dei cluster
Ricostruzione delle tracce
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Particle Flow – jet
95 – 97 % del pT ricostruito
Grande miglioramento grazie all’uso delle tracce cariche sulla risoluzione in energia a basso pT
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HPS Algorithm
• The HPS reconstructs hadronic decay channels using elettromagnetic objects and charged hadrons. • The HPS algorithm takes PF photons or PF electrons in order to reconstruct π0 mesons→the most energetic associated to a “strip” • Then charged hadrons and meson π0 candidates (pT
strip > 1 GeV)are used to reconstruct one specific decay mode:
ü Single Hadron: h± or h± π0
ü Hadron + Strip: h± π0 ü Hadron + 2 strip: h± π0 or h± π0 π0 ü 3 hadrons: h± h± h±
• 3 Working points are defined requiring no charged hadrons or photons above a threshold excluding the tau constituents.
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Muoni – efficienza di ricostruzione
STANDALONE MUON: Muoni dalle camere a muoni ü Efficienza ricostruzione ~ 99% ü 98% of charge Id probability for muons with pT = 50 GeV
GLOBAL MUON: Muoni dalle camere a muoni input e vengono estese fino alle tracce nel tracciatore ü Efficienza ricostruzione ~ 99% ü ~ 100% of charge Id probability for muons with pT = 50 GeV
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Limite sulla sezione d’urto di produzione dell’Higgs
LINEA NERA CONTINUA= sezione d’urto di produzione dell’Higgs che escludiamo, divisa per la sezione d’urto di produzione dell’Higgs MS a quella massa.
LINEA NERA TRATTEGGIATA= Mediana del limite aspettato in assenza di Higgs – solo fondo.
LINEA NERA CONTINUA < 1: Esclusione del bosone di Higgs LINEA NERA CONTINUA > LINEA NERA TRATTEGGIATA: Eccesso di eventi
LNNMAX
sel0−
<×εσ
σ del processo da escludere %5)( <> MAXNNP