1

Center of mass energy determination from Z events

Introduction/ motivation. Selection, measurement method. Results 189GeV-207GeV. Systematic Error- Focus on:

fragmentation. ISR simulation. detector effects.

Other LEP experiments results.

Benjamin Trocmé

LAPP Annecy

2

Motivation to measure beam energy

Last Aleph W mass measurement sent to Moriond 2001:

Systematic correlated between all channels and experiments!!

GeVLEPFSI

syststatMW

)(017.0)(015.0

.)(023.0.)(038.0477.80

3

Classical determination of Ebeam

Magnetic field measurement with NMR probes; calibrated at low energy with resonant depolarisation+extrapolation.

Linear behaviour of NMR probes checked by flux loop.

1998 1999 2000

DEbeam 20MeV 21MeV 25MeV

Titre:/disk_5s0/pippa/tex/ecalpap/flux_1.epsAuteur:HIGZ Version 1.23/07Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

4

Classical determination of Ebeam(2)

Alternative methods to constraint high energy region: spectrometer + Qs measurement:

performed during dedicated periods. Final results not yet published.

Z analysis.

5

Titre:zgtuto.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Z analysis: principle

Z resonance still very important at LEP2 with radiative return processes:

Z resonance parameters well known extract .

Analysis started by Eugeni Grauges: paper published at 183GeV. presentation in Thursday meeting

13/1/2000.

Titre:zgamma.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

ss'

s

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Considered events

3 types of events: e+e- qq + undetected e+e- qq + detected e+e- + undetected

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e+e- qq + undetectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053426_001462_010329_1152.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

8

e+e- qq + detectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC054261_004998_010329_1324.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

9

e+e- + undetectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053374_001560_010329_1539.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/recons01_99/kinAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Extraction of x

Classical selection leading to high level of purity (~90%).

x=1-s’/s: fraction of beam energy by ISR photon deduced: muonic channel:classical angle

formulae

hadronic channel: kinematic reconstruction, taking into account jet energies. When detected,photon axis is

considered.

|)sin(|)sin()sin(|)sin(|)sin()sin('

2121

2121

ss

11

Reweighting fit

Use of similar method as W mass measurement to extract Ecm.

Reference Monte Carlo: KK2f.

Main constraint: peak position.Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Result at 188.6GeV: e+e- qq + undetected.

Parabolic behaviour

Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Result at 188.6GeV: e+e- + undetected.

Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/muAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Analysis between 189GeV and 207GeV

One per energy/ channel. Combination of new quantity:

Statistical error: Ez only.

Systematic error: ELEP and Ez. Uncorrelated between ELEP and Ez. 100% correlated between years.

LEPZ EE D

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e+e- qq + undetected

e+e- qq + detected

Titre:spe13all/989900/95kk2fespr/989900_95kk2fesprengsep.Auteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Titre:spe13all/989900/95kk2fesprisr1/989900_95kk2fesprisrAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Titre:mu13all/989900no192/95kk2fespr/989900no192_95kk2fesAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/plAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

e+e- + undetected

General combination

2.3

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Source Hadrons Muons

LEP simulation 5 5

Fragmentation 47 -ISR simulation 20 10

ISR/FSR 10 -MC stat 9 21

Background 8 15

Charged tracks 1 1

Energy correction 2 -Angular resolution 4 4

Angular bias 147 81

Calo. Simulation 109 -Total 190 86

Systematic error

Procedure follows as much as possible the one used for W mass.

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Titre:arch/200/energy_200.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

LEP simulation

Angles between beams: 1mrad (overestimated) would lead

to 4MeV bias. Energy dispersion in a given

sample

related systematic ~ 3MeV Differences of energies between

Ee+ and Ee-

additionnal boost (24MeV in 98): no impact on peak position; only on resolution.

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Fragmentation

Used samples: 500K of kk2f hadronised with Jetset. 500K of kk2f hadronised with

Herwig v6.2, using Kinagain facility.

48 pseudo experiments with 2 different reference samples.

20

Fragmentation (2)

bias consistent with observed by Opal:

Need further investigations (DMW<15MeV).

MeV2644

Titre:plot/syst_frag.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

MeV147

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ISR simulation

KK2f is known to be the most achieved available Monte Carlo: includes ISR/FSR interference for

muons in CEEX scheme. higher order of correction. simulates beam energy spread.

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ISR simulation(2)

KoralZ KK2f

KK2f

Corrections (2L)>corr.(3L3) CEEX at order (2) is more

accurate than EEX at order (3).

23

ISR simulation(3)

Procedure to estimate ISR systematic.

Reference: CEEX at order (2). Observe bias when degrading

computation by two different ways: CEEX at order (1). EEX at order (3).

Very easy to do in KK2f (weighting procedure).

24

CEEX at order (1).

EEX at order (3).

Impact < 20MeV: order of magnitude expected by Jadach.

Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/ccAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/ccAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

ISR simulation in hadronic channel

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Detector effects:preliminary remarks

Why is Z measurement so sensitive to detector effect??

Very characteristic topology due to Z0 boost: many objects with cos(~0.7-0.8. Most of events have pair of jets

contained in one half space.

or

Titre:correl_ovl.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Another typical Z eventTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053407_004137_010403_1127.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/kine01_00/openiAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Titre:deriv2.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

(ECM) (jets opening angle) 2mrad 220MeV!!

Opening angle sensitivity increases with Ecm.

Detector effects:preliminary remarks(2)

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Titre:paplnx3.ps (Portrait A 4)Auteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Estimated by comparing tracks content to photon content.

2mrad!!

This a non signed bias estimate: add or subtract to jet angles.

Will systematically increase/decrease opening angle

Jet angular bias

Titre:bias_tutor2.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Jet angular bias impact(2)

96 pseudo experiments at 189GeV

Huge effect: 147MeV(combined)!

Titre:plot/syst_rob4.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Energy 189 192 196 200 202 205 207

Error(MeV) 132 139 152 155 162 167 170

30

Historically, previous function was chosen to estimate the largest potential effect.

was found to be important for Z.

Why is it so small for W? no systematic effect on opening

angle:

Opening angle Opening angle

increased decreased

Jet angular bias (3)

Titre:bias_tutor2w.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/these/Ch6/simulAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Apply W mass procedure: perform 48 pseudo experiments with 2 different Monte Carlo: reference. shaken calorimeters.

Rescaling depends on polar angle and is performed before jet clustering

angle are modified.

Calorimeter simulation

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Calorimeter simulation(2)

Impact on Z measurement between 98MeV and 128MeV depending on sample.

All samples combined:109MeV

Titre:plot/syst_calo.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.

Energy 189 192 196 200 202 205 207

Error(MeV) 98 103 110 115 120 124 128

33

Conclusion on Aleph result

2.3 disagreement between ELEP and Ez

Various checks proved result stability.

Conservative systematic error. dominant part of detector systematic. double counting: calorimeter syst/ jet

angular bias. Z special topology can turn almost

negligible error for W into the main systematic!!

Investigations to sign biases and correct them.

MeVsyststatEELEPZ .)(177.)(67435

34

Other LEP experiment results

This method was initiated by Aleph.

Presentation at April 2000 LEP workshop other experiments were asked to look at their data.

qq tt

Delphi 189-202 189-202 /

L3 162-189 / /

Opal 189-202 189-202 189-202

35

Other LEP experiment results (2)

UNOFFICIAL results presented at Lisbon (november 2000).

BEWARE:Ebeam

36

Opal PRELIMINARY result

37

Other LEP experiment results(3)

Disagreement seems to be confirmed by other experiments, at least in hadronic channel.

Measurements are all dominated by detector systematic

3 Z LEP meetings since Lisbon workshops.

Activity from mainly Opal and Delphi. Lack of manpower in L3. Very useful inputs from theorist (Jadach et al.).

38

LEP Plans

Meeting next tuesday: updates with Y2K result by Opal?

Delphi? following meeting with Jadach,

comparisons on ISR systematic. plans for future combination hoped

for summer conf.

39

Impact on W mass

Reminder:

If deviation is confirmed by other LEP exp., several possible origins: Monte Carlo problem: could affect

W mass. wrong LEP energy:would affect W

mass: very unlikely. If deviation is not confirmed, one

must hope apparatus effect, that does not affect W mass (it is likely, considering Z special topology.)

ONGOING INVESTIGATIONS