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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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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Compact Muon Solenoid (CMS)

BARREL ENDCAP x

yz

φ

2011 5,6 fb -1

09/2012 13,4 fb -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.

Back up slides

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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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Campioni MC utilizzati

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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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Fake Rate Jet→τ

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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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Fonti di errori sistematici

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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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Particle Flow

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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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Particle Flow - PFTau

Risoluzione in η : Miglioramento di un fattore 2

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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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Efficienza di ricostruzione del τjet – HPS

Efficienza aspettata dell’algoritmo HPS: Z → ττ

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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