matthieu lechowski
DESCRIPTION
1. LAL Orsay - 18 avril 2005. Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC & Simulation de la numérisation du calorimètre électromagnétique. Matthieu Lechowski. 4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs dans ATLAS. 2. Plan. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Test du Modèle du "Petit Higgs" dans ATLAS au LHC
& Simulation de la numérisation
du calorimètre
électromagnétique
Matthieu LechowskiLAL Orsay - 18 avril
2005
1
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Plan
1. Le LHC et ATLAS2. Numérisation et bruit dans le calorimètre électromagnétique3. Modèle du Petit Higgs4. Potentiel de découverte du Modèle du Petit Higgs dans ATLAS2
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Modèle Standard
Particulesmatière constituée de fermions (= leptons et quarks) classés en 3 familles
générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le boson de Higgs
Masses
Forcesvéhiculées par des bosonsélectrofaible
forte Z W : gluons :
depuis 1967, le Modèle ne connaît que des succès (tests de précisions et prédictions), mais reste
incomplet
Bilan
3
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• présentation du LHC et de l'expérience ATLAS
• calorimètre électromagnétique
1. Le LHC et ATLAS
4
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Le LHC en bref Large Hadron Collider • collisionneur circulaire de
27 km de diamètre
• en construction au Cern• premières collisions en 2007
• proton-proton : s=14 TeV
4, 3 km
• luminosité : 2.1033 cm-2s-1 1034 cm-2s-1- basse : 20fb-
1 / an- haute : 100fb-
1 / an
• taux de collisions : 40 MHz
5
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Le LHC : expériences
4 expériences : et
programme
ATLAS CMS
LHCbAlicephysique des
plasmas quarks-gluons
physique du quark b
- recherche du boson de Higgs - recherche de la SuperSymétrie - mesures de précision du Modèle Standard
- recherche d'autre Nouvelle Physique : extra-dimensions, Petit Higgs, …
6
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L'expérience ATLAS
Z
X
Y
A Toroidal LHC ApparatuS
=-ln( tan(/2) )
pseudo-rapidité
7
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ATLAS : événementset
détection
8
PS: E= 26 GeV
SPS: E= 450 GeV
LHC: E= 7000 GeV
Linac: E= 0.050 GeV
Booster: E= 1 GeV
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ATLAS : événementset
détection
9
Déclenchement à 3 niveaux :
40 MHz (LHC)
200 Hz (écriture)
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• succession de couches d'absorbeur et d'Argon liquide• couches d'absorbeur (plomb ou cuivre/tungstène) participent au développement d'une gerbe (électromagnétique ou hadronique)• les particules de la gerbe ionisent l'Argon liquide• les électrons d'ionisation sont collectés par des électrodes et constituent le signal
• signal triangulaire
CalorimètresCalorimétrie à Argon liquide
à Argon liquide (1)
énergie déposée dans l'Argon énergie déposée dans le calorimètre
=
fraction d'échantillonn
age
dd tt
1tQ
)t(I
temps de dérive des électrons
10
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Calorimètresà Argon
liquide (2)Mise en forme du signal
• mise en forme du signal dans la chaîne d'électronique courbe bipôlaire
- signal plus rapide- intégrale nulle minimise la
contribution des événements de biais minimum
• échantillonnage à chaque croisement de faisceaux toutes les 25 ns 11
5 échantillons
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CalorimètresCalorimètres d'ATLAS
à Argon liquide (3)• Electromagnétiques: EMB
(Tonneau) EMEC (Bouchon)
• Hadroniques: HEC FCAL (2 modules)
FCAL (1 module)
12
Argon liquide refroidi à 88 K
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ATLAS : calorimètreGéométrie
accordéonélectromagn
étique
Compartiments et Cellules de lecture• électrodes segmentées en 3 compartiments en profondeur: Avant, Milieu, Arrière
• segmentation de chaque compartiment en cellules projectives
+ Pré-Echantillonneur placé avant (pour mesurer l'énergie
perdue en amont)
pour une réponse uniforme en
13
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ATLAS : calorimètre
EMB
électromagnétique
EMEC
=0 =0.8 =1.4
=2.5
=2.5
=3.2
=1.4
14
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ATLAS : calorimètreGranularités électromagn
étique
173312 cellules901 cellules types
15
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Carte FEB
Chaîned'électroni
que• Préamplificateurs • Formeurs • Echantillonnage (ADC)
Carte ROD
système de 3 gammes
linéaires ( Haute,
Moyenne et Basse : 93/9.3/1 )
• Filtrage Optimal
• Conversion ADC MeV
Energie
DAQ
électrodes
16
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• bruit d'électronique et bruit d'empilement
• mesures en testbeam 2002 et 2004
• outil d'Athena développé : CaloNoiseTool
2. Numérisation et bruit dans le calorimètre
électromagnétique
17
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Athena Description• environnement logiciel d'ATLAS
• chargé de simuler : - la production d'événements (Pythia, …) - l'interaction des particules avec le détecteur
(GEANT 4)- la numérisation des événements simulés
• reconstruit les événements = identification des particules et
détermination de leur énergie-impulsion à partir des dépôts d'énergie dans les sous-détecteurs et des traces18
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CaloCell
E (à l'échelle e.m.)
Corrections
E = f (HV, t°…)
(corrections offline petites)
Numérisation
RawChannel E (à l'échelle e.m.)
Digit 5 échantillons ADC
HitE (Argon)
Simulation
Prise de données
Ionisation, Signal
brutNumérisation
Filtrage optimal
FEB
ROD
Ei = Forme du signal i EArgon
ADC'i = Ei / [ ADC MeVe.m. ] / [ MeVe.m. MeVArgon ]
ADCi = troncation (ADC'i + bruiti + piédestal )
E' = OFCi (ADCi - piédestal)
E = [ADC MeVe.m. ] E'
ATLAS
Athena
Données brutes écrites sur disque19
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OFC • minimiser l'effet du bruit d'électronique et du bruit d'empilement• assurer la condition q'un décalage en temps du signal ne doit pas changer les résultats
OFC les ak sont les coefficients de filtrage optimal (OFC) calculés au vol
par LArOFCTool
R=ACtotal
-1
Filtrage optimal
S(t) = Ag(t+) + bruit(t)= Ag(t) + Ag'(t) +
bruit(t)échantillons :
Sk = Agk + Ag'k + bruitk
il faut minimiser la variance de
U = akSk
5
k=1tel que <U> = A
A = amplitude du signalg = forme du signal g' = dg/dt
= décalage en temps
20
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Auto-corrélation matrice d'Auto-
corrélation du bruit d'électronique entre échantillons voisins en temps
<BruitiBruitj> = BruitADC A|i-j|
21 A1 A2 A3 A4
1 A1 A2 A3
1 A1 A2
1 A1
1sym.
pour une cellule :
A1 A2 A3 A4
-0.02
-0.29-0.1
0.1
Auto-corrélation entre échantillons i et i+2 ,
en gamme Haute, pour l'EMB
PS MilieuAvant Arrière
21
bruit indépendant du temps
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Conversion en MeV(TB02)
= ADC DAC DAC Volt Volt A A MeV (Argon) MeV (Argon) MeV
(e.m.)
Facteur ADCMeV
= Rampes (gamme)
fraction d'échantillonnage rapport e/mu
définie pour les muons
0.75
runs de calibration :
réponse linéaire par rapport à
un signal injecté
constantes par
région en (par compartiment)
ADC
DACRampes en gamme
Haute, pour le compartiment Arrière
de l'EMB
pente
n°canal22
![Page 23: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/23.jpg)
Bruit en ADC(TB02) EMB
• bruit des canaux de chaque FEB• mesure sur des runs de piédestaux (sans signal)
• bruit = écart-type gaussien• le bruit est constant par
FEB, une seule valeur stockée dans la base de
données
Avant
Milieu
PS
MilieuMilieuMilieu
Avant Avant Avant
Avant Avant Avant
Arrière
Arrière
changement de
pré-ampli à =0.8
23
en gamme haute
![Page 24: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/24.jpg)
Testbeam 2004 Disposi
tif
Mesures du bruit • sur des runs de piédestaux
• bruit = écart-type gaussien de la distribution du signal pour chaque canal
24
![Page 25: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/25.jpg)
Bruits incohérent et
cohérent pour chaque FEB :• Somme = somme normale des néchant. échantillons ADC (-1000 = piédestal) des ncanaux canaux de la FEB
• AltSomme = somme alternée (+ - + - …) • distributions de Somme et AltSomme pour N événementsBruit Incohérent = RMS(AltSomme) / ncanaux
Bruit Cohérent = RMS2(Somme) - RMS2(AltSomme) / ncanaux
caractérise le bruit en absence de corrélation entre les canaux
caractérise la corrélation entre les canaux pas toujours
défini !par groupes de 4 canaux : même principe, pour vérifier
• l'uniformité sur la FEB
• l'effet des pré-amplificateurs et formeurs qui traitent les canaux par 425
![Page 26: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/26.jpg)
Bruit en ADC(CTB04)
Total Incohérent
Cohérent
Valeur du testbeam 2002 stockée dans la base de
données (DB)
Moyenne sur la
FEB
Bruit calculé sur
la FEBMoyenne des
groupes de 4 canaux sur la FEB
conclusion : bruit cohérent petit
négligeable dans la simulation
Avant26
![Page 27: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/27.jpg)
CaloNoiseTool (1) Nécessité de connaître le bruit
attenducertains algorithmes de reconstruction doivent éliminer les cellules sans signal en réalisant une coupure sur l'énergie:
si Ecell. > n bruit , cellule sélectionnée
Algorithmes :• énergie transverse manquante :
sommation de l'énergie transverse des cellules qui contiennent un signal
• cluster topologique : sélection de cellules autour d'une cellule "chaude"
rectangle de taille fixe
voir études de physique à la fin
27
![Page 28: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/28.jpg)
CaloNoiseTool (2)
Description• outil fournissant le bruit de chaque cellule de lecture des calorimètres• bruit d'électronique et bruit d'empilement• bruit attendu calculé en regroupant les étapes de la numérisation et en utilisant les mêmes données
E = ADCMeV OFCi ( Bruiti + qi ) i=1
5
élec = ADCMeV BruitADC [OFC] [ACél] [OFC]T + [OFC] [OFC]T
222
12
28
Remarque: CaloNoiseTool ne sert pas à ajouter le bruit aux cellules1) Bruit d'électronique
![Page 29: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/29.jpg)
Bruit prédit
EMB EMEC
PSAvantMilie
uArrièr
e
( cellules-type en , symétrie en z et en
)
changement de
granularité
électrode A
électrode Babsorbeurs + minces
29
en gamme haute
![Page 30: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/30.jpg)
Comparaison avec TB02
EMB
PSAvantMilie
uArrièr
e
PS: conventions
de poids différentes
30
CaloNoiseTool
TB02 (données publiées)
en gamme haute
![Page 31: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/31.jpg)
Définition du Bruit d'empilement
pour chaque croisement de faisceaux, 23 (à haute luminosité) collisions inélastiques se superposent à l'événement de physique intéressant
particules de faible énergie, préférentiellement proches du
faisceau dépôt d'énergie= perturbation de l'énergie du signal= bruit d'empilement
événements de biais
minimum
=
31
remarque: les croisements de faisceaux voisins perturbent également le signal
![Page 32: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/32.jpg)
Evénements de biais minimum
Pour chaque cellule:
• distribution de l'énergie déposée dans l'Argon, dans les événements de biais minimum, en utilisant la symétrie en et z• RMS de la distribution• ajustement chiffre stocké dans la base de données
statistique de 50000
événements, mais insuffisant
32
![Page 33: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/33.jpg)
CaloNoiseTool (3)
2) Bruit d'empilementempilement = Nbm
bm g(k)2 [OFC] [ACtotal]
[OFC]T
22
k=1
N échantillons
nombre d'événements de biais minimum par croisement de faisceaux
écart-type de l'énergie dans un événement de biais minimum
forme du signal
33
![Page 34: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/34.jpg)
Bruit d'empilement EMB
PSAvantMilie
uArrièr
e
Haute luminosité
34
![Page 35: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/35.jpg)
Auto-corrélation
Auto-corrélation totale calculée par LArAutoCorrTotalTool :
totale
électronique
empilement
Nbm = 23 à haute luminosité
avec
auto-corrélation modifiée
OFC modifiés
bruit d'électronique prédit modifié
35
![Page 36: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/36.jpg)
Bruit d'électronique
Sans luminosité
modifi
é
Haute luminosité
EMB
PSAvantMilie
uArrièr
e
les OFC ne sont plus optimaux pour le bruit d'électronique seul le
bruit augmente36
en gamme haute
![Page 37: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/37.jpg)
Bruit totalSans luminosité
Haute luminosité
PSAvantMilie
uArrièr
e
EMB
37
en gamme haute
![Page 38: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/38.jpg)
Données et outils
OFCénergie
OFCtemps
Rampes
Auto-corrélation
A MeV
Volt A
DAC Volt
Forme du SignalDérivée de
la Forme du Signal
Ecart-type du Bruit
d'électronique
Ecart-type du Bruit
d'empilement
Ecart-type des Piédestaux
Fraction d'échantillonnage
rapport e/
ADC MeVArgon
LArOFCToolLArOFCTool
LArAutoCorrTotaLArAutoCorrTotalToollTool
LArADC2MeVLArADC2MeVToolTool
CaloNoiseTool
Simulation
Données
38
Auto-corrélation totale
![Page 39: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/39.jpg)
Bruit dans les clusters
(1)• cluster 35 dans le calorimètre électromagnétique pour 0 < < 2.5
• photons simples de ET=60 GeV
• bruit attendu (prédit par CaloNoiseTool), compte tenu du nombre de cellules et des gammes
N cellules en
N cellules en
PS 3 1 ou 2
Avant 24 1 ou 2
Milieu 3 5
Arrière
2 5
Nombre de cellules
39
![Page 40: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/40.jpg)
Bruit dans les Sans luminosité
clusters (2)
structure en bandes: - nombre de cellules variable - cellules en gamme Moyenne
Cluster
Milieu
PS Avant
Arrière
40
bruit transverse en MeV
![Page 41: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/41.jpg)
Bruit dans les Haute luminosité
clusters (3)
bruit transverse peu
dépendant de
Cluster
Milieu
PS Avant
Arrière
41
résolution en énergie pour ET~60 GeV
![Page 42: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/42.jpg)
• Modèle Standard
• Modèle du Petit Higgs
• bosons de jauge lourds
• désintégrations caractéristiques
3. Modèle du Petit Higgs
42
![Page 43: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/43.jpg)
générées par le mécanisme de Higgs, auquel est associé le
boson de Higgs
Modèle Standard
Particules
matière : fermions
Forces
forces : véhiculées par des bosons
- électrofaible
- forteSU(2)LU(1)YSU(3)
Masses
( Z W )
43
![Page 44: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/44.jpg)
Boson de Higgs
Désintégrations
Production
Masse - paramètre libre du Modèle- contraintes théoriques et expérimentales (LEP)114 (95%CL) < M(H) < 280 GeV/c2
(95%CL)
200
120
200
120
particule non encore observée
masses choisies pour cette
analyse44
BR
(f
b)
![Page 45: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/45.jpg)
Au-delà du Modèle
Pourquoi chercher au-delà ?
Standard
• brisure de la symétrie électrofaible mal
comprise
• le réglage fin pour ne pas faire diverger la masse du Higgs semble peu naturel
• beaucoup de paramètres libres (masses, couplages, … 18 au
total)
Ordre 0
Boucles
top
bosons de
jauge
Higgs
réglage fin
Modèles candidats - Petit Higgs
- Supersymétrie- …45
![Page 46: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/46.jpg)
• Quark top lourd
Modèle du Les idées Petit
Higgs (1)Supersym
étrie
bosonsfermions
nouveaux bosons
nouveaux fermionsannulatio
ns
nouveau quark t
nouveaux bosons
bosonsquark
t
annulations
• Divergences quadratiques
pseudo-bosons de Goldstonemasse "légère"
bosons de
Goldstone
sans masse
• Champs et symétries
Petit Higgs
NB : H du Modèle Standard est conservé avec les mêmes propriétés (BR …)
0 + ++
• Higgs lourds
T
• Bosons de jauge lourds
ZH WH AH
brisure de
symétrie
symétrie globale SU(2)LU(
1)Y
symétrie locale
SU(5)
échelle de
Planck
brisure de
symétrie électrofai
ble
SO(5)
échelle électrofaibl
e
Nouvelles particules
46
![Page 47: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/47.jpg)
Modèle du Remarques:
Petit Higgs (2)• Modèle du "plus petit Higgs" (Littlest
Higgs)
• modèle effectif jusqu'à =10 TeV n'exclut pas la Supersymétrie (ou un autre
modèle) au-delà
• modèle compatible avec les contraintes expérimentales si les nouvelles particules sont plus grandes que le TeV
47
![Page 48: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/48.jpg)
Nouveaux bosons … de jauge
Désintégrations (ZH)
Production (ZH)
)W(M)Z(M HH 2
22
HH c/GeV200)H(M
c/TeV6)W/Z(M
Masses
cot est un paramètre du Modèle ( équivalent à W pour WH et ZH)
(WH) = 2 (ZH)
BR(WHWH) = BR(ZHZH)
dégénérescence
48
BR(ZHll) = 12%BR(ZH) = 12%
BR(ZHZH) = 4. 5%
BR(ZHqq) = 71. 5%
(à cot=0.5)
![Page 49: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/49.jpg)
Désintégrations
Dépendance de
.BR(ZHZH) en cot
caractéristiques ZH Z H
WH W H
si un Z' et un W' sont découverts par une désintégration leptonique (voir
après), permettent de dire s'ils sont dans le cadre du Modèle du Petit Higgs ou non
0. 5 dans la suite
ni trop optimiste, ni trop pessimiste
facteur d'échelle
cot49
![Page 50: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/50.jpg)
Simulation rapide Pourquoi une
simulation rapide ?• la simulation complète est longue à exécuter (20 min./évt)
• difficile de l'utiliser sur une grande statistique
Principe
ATLFAST
• ATLFAST part de la vérité (Monte-Carlo)
• puis il altère les données des particules en fonction des performances des sous-détecteurs
direction et énergie
% d'identification, résolution en énergie, … évaluées en testbeam
et en simulation complète
une simulation rapide permet de vérifier rapidement la faisabilité d'une étude avant de la confirmer en simulation complète
50
![Page 51: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/51.jpg)
• études effectuées en simulation rapide
• en collaboration avec 2 physiciens de Valence (Espagne)
• au sein du groupe "Little Higgs" d'ATLAS
4. Potentiel de découverte du Modèle
du Petit Higgs
51
![Page 52: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/52.jpg)
Hypothèses (1) • Higgs découvert, et masse
connue
signification statistique à 30 fb-1 (18mois à basse luminosité)
52
5 (seuil de découverte)
contribution du canal H non négligeable
=
![Page 53: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/53.jpg)
Hypothèses (2)
• ZH et WH découverts, et masses connuesdésintégration leptonique
ZHeeL.dt = 300 fb-1
53
![Page 54: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/54.jpg)
Canaux étudiés
Masse du Higgs et choix des états finals• MH = 120 GeV
H
Z/W quarks
ZH Z H
WH W H
54
• MH = 200 GeV
HZZ / HWW
Z/W : - 2 désintégrations leptoniques (sans ) - 1 désintégration en quarks
pour un Z/W du Higgs
![Page 55: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/55.jpg)
- masses dégénérées - pas une résolution suffisante pour distinguer Z et W
en quarks
MH = 120 GeV Signal
ZZHH
ZZ
HH
+
1 ou 2 jets
WWHH
WW
HH
1 ou 2 jets
M(ZH).BR (fb)
850 0.698
1000 0.349
1500 0.070
2000 0.018
M(WH).BR (fb)
850 1.369
1000 0.684
1500 0.137
2000 0.034
MH= 120 GeV signaux
indiscernables
traités ensemble
55
![Page 56: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/56.jpg)
Bruits de fond
• Higgs inclusif : .BR(fb) = 1.92
généré avec Pythia pour pT(H) > 200 GeV
Diphox( générateur NLO )
MH = 120 GeV
généré pour 115 <
M(H) < 125 GeV
30 millions d'événements
56
• inclusif :
![Page 57: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/57.jpg)
Reconstruction
Jets
jj
j
j
j
Paire de
PhotonsM MH
Paires de Jets
jjjj jjjj jj
jj jjjj
jj jj Mjj MZ
pT
jj
pT max
pT (jj)>200
j
pT max
sinon
ZH/WH
(20 GeV) (15
GeV)
57
![Page 58: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/58.jpg)
CoupuresCoupures standard• ||<2.5 (acceptance du Calorimètre)
• pT > 25 GeV et pT 1 ou 2 > 40 GeV
• identification des 2 (80%×80%) (simulation rapide)
recherche du Higgs
Coupures sur les particules reconstruites• fit gaussien de MH coupure à 2
• fit gaussien de MZH/WH coupure à 2
• pT > pT min (MZH/WH)
58
![Page 59: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/59.jpg)
Optimisation de la reconstruction
toujours 2 jets
toujours 1 jet
méthode mixte
pics décalés et élargis
événements mal
reconstruits
• 20 % des cas à
1 TeV• 60 % des cas à
2 TeV
1 TeV
59
![Page 60: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/60.jpg)
Résultats (1)
Signal ZH 33.0
Signal WH 64.2
Bruit H 8.2
Bruit 4.5
Sign. stat.
16.6
1 TeV
pT () > 400 GeV
L.dt = 300 fb-1
équivalent à S/B avec une loi de Poisson
nombres d'événements
( 3 ans à haute luminosité )
Evén
em
en
ts /
40
GeV
/
30
0 f
b-1
S = 49%
B H= 4.2%
B = 9.4%
60
![Page 61: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/61.jpg)
Résultats (2)
Signal ZH 1.8
Signal WH 3.6
Bruit H 0.7
Bruit 0.3
Sign. stat.
3.0
Signal ZH 6.3
Signal WH 12.7
Bruit H 2.3
Bruit 1.0
Sign. stat.
6.6
1.5 TeV2 TeV
pT () > 500 GeV pT () >
700 GeV
L.dt = 300 fb-1
Evén
em
en
ts /
40
GeV
/
30
0 f
b-1
Evén
em
en
ts /
40
GeV
/
30
0 f
b-1
S = 48%
B H= 0.6%
B = 6.1%
S = 52%
B H= 0.03%
B = 6.5%
61
![Page 62: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/62.jpg)
ReconstructionPrincipe inclusive
(1)• le Z/W peut aussi aller en leptons (l et ) BR: 70% 100%
• on ne cherche pas à reconstruire le ZH/WH
Conséquences• davantage d'événements de signal
• davantage d'événements de bruit de fond (car moins contraints)• on cherche un excès de Higgs à grande impulsion transverse
+ZZHH
ZZ
HH
??WWHH
WW
HH
??
62
![Page 63: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/63.jpg)
Reconstructioninclusive
(2)
Signal ZH 53.5
Signal WH 104.6
Bruit H 30.6
Bruit 16.7
Sign. stat.
23.0
1 TeV
pT () > 400 GeV
L.dt = 300 fb-1
( 16.6 )avec
Z/Wqq
meilleure signification statistique
+
incertitudes de Pythia à grand
pT
mais moins satisfaisant qu'un pic de masse sur un fond continu
Evén
em
en
ts /
20
GeV
/
30
0 f
b-1
63
![Page 64: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/64.jpg)
Reconstructioninclusive
(3)
Signal ZH 9.9
Signal WH 19.8
Bruit H 8.2
Bruit 3.6
Sign. stat.
8.7
Signal ZH 2.9
Signal WH 5.8
Bruit H 2.7
Bruit 0.7
Sign. stat.
4.7
1.5 TeV2 TeV
pT () > 550 GeV pT () >
700 GeV
L.dt = 300 fb-1
( 6.6 )
( 3.0 )
Evén
em
en
ts /
20
GeV
/
30
0 f
b-1
Evén
em
en
ts /
20
GeV
/
30
0 f
b-1
64
![Page 65: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/65.jpg)
Espace des
Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH
paramètresL.dt =
300 fb-1
Exclu théoriquement lorsque MH=120 GeV
65European Physics Journal, C 39 (2005) 13-24
![Page 66: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/66.jpg)
Extrapolation• AH est très dépendant du Modèle (')
pour AH
L.dt = 300 fb-1
• Extrapolation:- AH Z H ZH Z H
section efficace et rapports d'embranchement difficilement prédictibles
limite supérieure sur .BR(AH Z H)
• AH = lourd
- ZH et WH suffisamment éloignés en masse de
AH pour ne pas constituer un bruit de
fond
BR
tan '
66 M(AH)
zone exclue à 90%CL en cas de
non observation
![Page 67: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/67.jpg)
MH = 200 GeV Signal
ZZHH
ZZ
ZZ
ZZ
HH
ll
ll
ll
ll
1 ou 2 jets
Bruits de fond
M(ZH).BR (fb)
1000 0.354
1500 0.075
2000 0.017
.BR (fb)
tt lb(l) lb(l) 3376
ZZ llll 70.5
H ZZ llll 46.8
f H f llll 5.7
qq H qq llll 2.8
W H qq ZZ qq llll 1.3
Z H ll ZZ ll qqll 0.2
tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2
MH= 200 GeV
1er canal
-
-
mélange des
leptons et des
jets
l = e ou
67
![Page 68: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/68.jpg)
Représentation
1 TeV
ZZHH
ZZ
ZZ
ZZ
HH
ll
ll
ll
ll1 ou 2 jets
200 GeV
d'événement (avec
Atlantis)
• 2 éléctrons
• 2 muons
• jet(s)68
2 e
2 jet(s)
![Page 69: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/69.jpg)
• E = somme des énergies des cellules incluses dans un cône d'ouverture R autour d'un lepton-candidat si E < Eseuil , lepton validé
• e- et ont chacun R et Eseuil
Isolation
Processus d'isolation dans ATLFAST
Relâchement des critères d'isolation pour les leptons • R
diminué
• Eseuil augmenté
Enjeu des canaux séparer les leptons des jets
(isolation difficile à grande impulsion transverse)
R = 2 + 2
optimisation sur le nombre
de leptons détectés
69
![Page 70: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/70.jpg)
Paires de Jets
jjjj jjjj jj
jj jjjj
jj jj Mjj MZ
(15 GeV)
Paires de
Leptons
ll
llll
ll Mll MZ(5 GeV)
HH
Higgs
HH
MH 200
H H
(30 GeV)
Reconstruction
Jets
jj
j
j
j
pT
ZH
pT m
ax pT min (car désintégration
secondaire)
pT max
pT max
Condition initiale nécessaire: avoir 4 leptons
70
![Page 71: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/71.jpg)
CoupuresCoupures standard• |l|<2.5 (acceptance du Calorimètre)
• 1 lepton avec pT > 30 GeV ou 2 leptons avec pT > 20 GeV
• identification des leptons : 90% en moyenne (simulation rapide)
recherche du Higgs
Coupures sur les particules reconstruites• fit gaussien de MH coupure à 2
• fit gaussien de MZH coupure à 2
• pT(H) > 100 GeV
• pT(jj/j) > 50 GeV
( 1 TeV )
71
![Page 72: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/72.jpg)
Résultats
Signal 17.91
Bruit 4.62 3.01
Sign. stat.
5.67Signal 2.86
Bruit 0.25 0.54
Sign. stat.
2.16Signal 0.41
Bruit 0.02 0.19
Sign. stat.
indéf.
1 TeV
1.5 TeV
2 TeV
+ 1.80 - 0.83
+ - 0.51
L.dt = 300 fb-1
problème de statistique pour le bruit de fond ajustement
S= 25%
B <1%
S= 20%
B <0.1% S= 13%
B
<0.0.1%
72
![Page 73: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/73.jpg)
MH = 200 GeV Signal
1 ou 2 jets
ZZHH
ZZ
WW
HH
ll
ll
ll
WW
M(ZH).BR (fb)
1000 3.064
1500 0.645
2000 0.145
Bruits de fond
MH= 200 GeV
2ème canal
.BR (fb)
tt lb(l) lb(l) 3376
WZ lll 387.6
ZZ llll 70.5
H ZZ llll 46.8
f H f llll 5.7
qq H qq llll 2.8
Z H ll WW ll qql 2.0
W H qq ZZ qq llll 1.3
Z H ll ZZ ll qqll 0.2
tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2-
-
73
![Page 74: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/74.jpg)
Neutrino
…
l
l
l
l
l
E
zP
yP
xP
P~
(??)
??~
f
yP
xP
P miss
miss
v
2~.
~WWW MPP
W
ll équation
du
2nd degré
solution
déterminé
pas de solution
hypothèse supplémentaire : Pl // Pv
énergie transverse manquante
inconnue
74
![Page 75: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/75.jpg)
Résultats
Signal 180.51
Bruit 20.80 8.32
Sign. stat.
23.40Signal 30.64
Bruit 3.93 4.81
Sign. stat.
9.18Signal 4.32
Bruit 1.53 3.57
Sign. stat.
2.12
1 TeV
2 TeV
1.5 TeV
+ 2.87 - 1.89
+ - 1.84
+ - 0.79
L.dt = 300 fb-1
S= 30%
B <1%
S= 24%
B <1%S= 16%
B
<0.1%
75
![Page 76: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/76.jpg)
MH = 200 GeV Signal
1 ou 2 jets
WWHH
WW
ZZ
ZZ
HH
ll
ll
ll
M(WH).BR (fb)
1000 2.162
1500 0.468
2000 0.111
Bruits de fond
MH= 200 GeV
3ème canal
.BR (fb)
tt lb(l) lb(l) 3376
WZ lll 387.6
ZZ llll 70.5
H ZZ llll 46.8
f H f llll 5.7
qq H qq llll 2.8
Z H ll WW ll qql 2.0
W H qq ZZ qq llll 1.3
Z H ll ZZ ll qqll 0.2
tt H lb lb ZZ(llqq) 0.2
-
-
76
![Page 77: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/77.jpg)
Résultats
Signal 92.40
Bruit 6.60 3.56
Sign. stat.
18.58Signal 15.59
Bruit 0.72 1.45
Sign. stat.
7.93Signal 2.36
Bruit 0.19 1.19
Sign. stat.
1.81
1 TeV
2 TeV
1.5 TeV
+ 2.97 - 1.72
+ - 1.66
+ - 0.79
L.dt = 300 fb-1
S= 21%
B <1%
S= 16%
B <1%
S= 10%
B <1%
77
![Page 78: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/78.jpg)
Espace des
Extrapolation pour tout cot et toute masse de ZH/WH
paramètresL.dt =
300 fb-1
mais M(ZH/WH) < 6 TeV
large espace non-couvert
78
![Page 79: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/79.jpg)
Reconstruction complète
(1) Présentation
Jobs et Temps CPU
effectuée au centre de calcul de l'IN2P3 (Lyon) :• avec la version 9.0.4 d'Athena (version 10.0.1 préconisée, mais pas prête à temps)
• avec les paramètres préconisés pour les études de physique du 5ème "ATLAS Physics Workshop" de Rome en juin 2005• 10000 événements générés par canal et par masse• pas de bruit de fond généré (car demande trop de statistique)
Nombre de jobs
Temps CPU
Simulation 160024000 heures
Numérisation
1600 667 heures
Reconstruction
160 444 heures
Total 336025111 heures
79
![Page 80: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/80.jpg)
Reconstruction complète
(2) Signal à MH=120 GeV
ATLFAST Complète
ZH/WH Z/W H qq 1 TeV
estimation de la signification statistique xeff.
xrésol
.
Efficacité 31.6 %
Résolution en masse (GeV)
48
Sign. stat. 16.6
Efficacité 14.3 %
Résolution en masse (GeV)
36
Sign. stat. 8.6
80
![Page 81: Matthieu Lechowski](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062721/568135d4550346895d9d3fa2/html5/thumbnails/81.jpg)
Reconstruction complète
(3) Signal 3 à MH=200 GeV
ATLFAST Complète
WH W H l qq ll1 TeV
Efficacité 15.0 %
Résolution en masse (GeV)
46
Sign. stat. 18.6
Efficacité 13.9 %
Résolution en masse (GeV)
99
Sign. stat. 11.7
81
résolution dégradée par la proximité des leptons et des jets
algorithmes de reconstruction des jets à améliorer
dans Athena
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Simulation de la numérisation et du bruit dans le calorimètre électromagnétique
• chaîne de numérisation et bases de données utilisées de manière standard depuis l'été 2003
• outil CaloNoiseTool utilisé dans la reconstruction de manière standard depuis 2004
Conclusion
Canaux caractéristiques du Modèle du Petit Higgs
observables dans ATLAS après 3 ans à haute luminosité - pour des masses de ZH et WH inférieures à 2 TeV - pour cot 1
-)
82
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Bruit en ADCPré-Echantillonneur
(CTB04) Total Incohére
nt
Cohérent
83
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Bruit en ADCAvant (CTB04) Total Incohére
nt
Cohérent
84
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Bruit en ADCMilieu (CTB04) Total Incohére
nt
Cohérent
85
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Bruit en ADCArrière (CTB04) Total Incohére
nt
Cohérent
86
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1er canal Signal
ZZHH
ZZ
HH
WWHH
WW
HH
+
1 ou 2 jets
1 ou 2 jets
M(ZH).BR (fb)
850 0.698
1000 0.349
1500 0.070
2000 0.018
M(WH).BR (fb)
850 1.369
1000 0.684
1500 0.137
2000 0.034
MH= 120 GeV
87
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Résultats
Signal ZH 33.0
Signal WH 64.2
Bruit H 8.2
Bruit 4.5
Sign. stat.
16.6
Signal ZH 73.3
Signal WH 142.2
Bruit H 20.2
Bruit 15.1
Sign. stat.
23.4
850 GeV1 TeV
pT () > 300 GeV pT () >
400 GeV
L.dt = 300 fb-1
88
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Reconstructioninclusive
Signal ZH 120.4
Signal WH 236.4
Bruit H 81.8
Bruit 61.3
Sign. stat.
29.8
Signal ZH 53.5
Signal WH 104.6
Bruit H 30.6
Bruit 16.7
Sign. stat.
23.0
850 GeV1 TeV
pT () > 400 GeV
pT () > 300 GeV
L.dt = 300 fb-1
( 23.4 )
( 16.6 )89
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Reconstruction complète
(4) Signal 1 à MH=200 GeV
ATLFAST Complète
Efficacité 16.7 %
Résolution en masse (GeV)
34
Sign. stat. 5.7
ZH Z H ll qq ll1 TeV
Efficacité 15.0 %
Résolution en masse (GeV)
77
Sign. stat. 3.490
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Reconstruction complète
(5) Signal 2 à MH=200 GeV
ATLFAST Complète
ZH Z H ll qq l1 TeV
Efficacité 21.7 %
Résolution en masse (GeV)
42
Sign. stat. 23.4
Efficacité 10.8 %
Résolution en masse (GeV)
62
Sign. stat. 9.691
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Autres analyses (1)Quark top
lourd T L.dt = 300 fb-1Higgs lourd
++
Signal: TWb
Bruit de fond: tt, t, Wbbobservable à 5 si MT < 2 TeV (1=2)
MT = 1 TeV
(1=2)
Signal: dduu++uuW+
(l+)W+(l+)
Bruit de fond: qqW+(l+)W+
(l+), … observable à 5 si v' > 29 GeV
92