vbf h->tautau->lh の最近の話題

1st Oct, 2005 LHC物理解析研究会 1

VBF H->tautau->lh の最近の話題

J.Tanaka, S.Asai, K.Oe (ICEPP)K.Nakamura, K.Inoue(Tsukuba-U)

O.Jinnouchi (KEK)


Contents

• Introduction– VBF H->tautau->lh

• Study of Large QCD Backgrounds– Introduction– W+3jets, bbjj, jjjj, Gamma+3jets– まとめ

• PS to ME: Z+njets– Motivation– ALPGEN Samples– Pt, eta and M(tautau) distributions– まとめ

• 今後の課題


VBF H->tautau->lh

• ゲージ粒子対からヒッグス粒子が生成される。– 中央にカラーの流れがない。詳細は Z+njets の部分で。

生成

崩壊


イベントディスプレイ


発見能力

• DYの横に信号のピークを観測できる。• 質量が軽い場合、最も重要な発見チャンネル

– WWはピークを作らない。 Countingで発見を主張するのは大変。


QCD backgroundsに関する最近の研究


Introduction

• これまで QCD backgrounds はほとんど研究されていなかった。– Full Simulation で Fate rate の見積もりを行うことが可能になった。– 複数のジェットを生成できる ME Generator の利用が可能になっ

た。我々は QCD BG の寄与に関する最近研究を行った。

• 流れ– Full Simulation された 2 ジェットサンプルを用いて様々な Fake ra

te を見積もる。– Fast Simulation の結果に反映させて、 BG を評価する。

• Backgrounds– W+3jets : W j j j -> W tau j j– bbjj : b b j j -> l tau j j– jjjj : j j j j -> l tau j j– jjj : j j j -> e tau j j

注意： j->tauは古い -R関数を利用する。


W+3jets

• サンプル– Alpgen ver1 (not ver2)– N= ~4.9M, corresponds to L ~ 3.48fb-1

• When we apply all the cuts, 2 candidates remain in the signal mass windows, 110-135GeV.– This corresponds to x-sec

of 0.57fb, however it is apparently too low statistics.

• We make a rejection factor of tauID smaller in order to evaluate this BG contribution.

M(tautau) GeV


W+3jets

• To estimate a BG in a signal region, we assume that this BG shape is flat in a region between 50 and 220GeV.

• Using the “Rx0.1” case, x-sec of W+3jets BG is estimated to 0.27fb (110-135GeV).– This is the same order of Z+njets contribution.– W+3jets becomes a serious BG of VBF H->tautau->lh.

Rx0.5 Rx0.1 ?

M(tautau) GeV M(tautau) GeV


Fake rates (Jet)

• Fake rates are obtained from J1-J8 QCD di-jet samples.– Cone jets (dR=0.4)

• Jet -> : ~10-4, others : ~10-3

Pt(GeV) Jet -> e Jet -> BJet->e BJet-> BJet->

15-35 6.7 2.4 19 < 3.2 25

35-50 6.0 0.6 10 < 5.1 10

50-80 3.9 2.3 3.7 7.5 3.7

80-130 3.8 0.3 < 4.2 < 4.2 < 4.2

130-200

3.4 0.6 < 5.2 5.2 < 5.2

200- 1.4 0.2 < 2.4 < 2.4 < 2.4

preliminary

in 10-4


bbjj• サンプル

– Alpgen ver1– Mjj > 350GeV, Pt(j) > 35GeV, Pt(b) > 20GeV and so on.– x-sec = 71.5nb

• We use the following fate rates,– b->e/ : 2 x 10-3

– b-> : 10-3

• x-sec of this BG is estimated to ~4x10-3 fb in the signal mass region, 110-135GeV.– It is negligible!

Corresponds to L=1.4x105 fb-1

M(tautau) GeV


jjjj

• When a fake rate (Jet->e) is 10-3, this BG remains. x-sec of this BG is estimated to ~0.26fb (110-135GeV).– This is the same order of Z+njets contribution.– Still checking this result. (need more statistics)

• To decrease this BG, a cut on Missing Et is very important. If our Missing Et resolution is worse than atlfast, this BG becomes large. We need to use a tighter cut on Missing Et to decrease this BG.

Corresponds to L ~ 8fb-1

M(tautau) GeV Missing Et GeV

30GeV


jjj

• fake rate of gamma->e– ~0.5% at 15<Pt(gamma)<130GeV (preliminary)

• Sample– Alpgen ver1– N= ~0.9M, corresponds to L ~ 1.5fb-1

• x-sec of this BG is estimated to ~3.4x10-4 fb in the signal mass region, 110-135GeV.– It is negligible!– To decrease this BG, a cut on Missing Et is very important.


QCD BGのまとめ• W+3jets と 4jets は新しい BG である。 (preliminary)

– x-sec=~0.2fb … Z+njets と同じオーダー– ともに、 tauID の性能の向上が必須。

• x10 なら、無視できるレベルになる。 track based tauID の研究 ( 中村 )

– 4jets に関しては、 Missing Et の Resolution も問題。• Signal の再構成にも非常に重要。

• bbjj と jjj は十分小さい BG である。 (preliminary)


ME Generator を利用する重要性について～ PS から ME へ～

Z+njets の研究

PSを捨てる訳ではない。Soft/Collinearは PSを使う。


Motivation

• Rapidity gap is a good evidence of VBF.• It helps to separate signal from BG.

• It also helps to separate “VBF process” from “gluon fusion process with high pt jets”.

• Property of 3rd jet is very important for this rapidity gap. However, the current studies are based on PS model for 3rd jet. We use ME to produce 3rd and 4th jets.


Samples : Z(->ll)+njets• We produced exclusive samples for Z+njets(n=2,3,4) with the modifi

ed ALPGEN ver.1 (small weight events can be produced).• Conditions

– Qrem2 = Qfac

2 = Mean Pt = [Sum of pt2 of njets] / n

– Loose conditions for ME-parton• Both leptons Pt>10GeV and |eta|<2.5• 50< M(ll) < 500GeV• Jets : Pt>20GeV, |eta|<5.0, dR>0.7

• Cross-section (pp->Z+njets)*Br(Z->tautau) and Generated events– Z2j : 122 pb, 71.9 fb-1

– Z3j : 53.1 pb, 87.7 fb-1

– Z4j : 20.6 pb, 102.4 fb-1


ME ALPGEN + PS

• We use the following method (“our MLM method”) to avoid the double counting of events: (not CKKW method)

1. Veto : “Pt of ME-partons < Pt of PS-partons”

2. Veto (matching) : Jets (Pt>20GeV) at the outside of cone (dR=0.4), whose center is defined by the direction of a ME-parton.

ME-parton

Rec-jet

Good Bad


Pt and eta distributions

• Pt of 3rd jet is harder as n is larger.• 3rd jet of Z3j and Z4j is central.• By jet veto: 47% of events remains for n=2, 31% for n=3, 20% for

n=4.– Jet veto becomes more effective as n is larger.

Pt of 3rd jet eta of 3rd jetZ2j w/o matching

Alpgen sample, before jet veto, normalized to 1.

Z2jZ3jZ4jw/ matching


M(tautau) distributionsL=30fb-1

Z2jZ3jZ4j

ATHENA ATLFASTZ+njets (n=2,3,4)ALPGEN

MH=120GeV

• From left and middle figs, K-factor (real part only) is obtained to ~1.1.– Rejection by jet veto becomes effective, but x-sec

increases since we produce additional jets by ME.

ATHENA ATLFASTZ+njets (n=2)ALPGEN


Z+njets のまとめ

• Additional jets の研究には ME Generator でジェットを生成する必要がある。– 3rd jet の Pt 及び eta 分布がより正しくになった。

• 3rd jet の Pt 分布の改善により、 jet veto が効果的になった。

• High Pt を持ったジェットをきちんと生成したため、 x-sec は最終的に増加した。– K-factor (real part only) is ~1.1.


今後の課題（ VBF H->->lh ）• ME Generator による BG の研究 ( 主に Fast Simulation)

– Alpgen ver2 の評価 … CKKW/MLM• 特に Z/W+njets• DC3 ( 実験開始前の最後の大規模 MC データ生成プロジェクト )

• ヒッグス粒子の再構成のための研究 ( 主に Full Simulation)– tauRec/ID の開発 … 中村 ( 筑波大 ) … track based– Missing Et の研究

• Energy Flow を使って、 Resolution をよくできないか？– Jet Veto の研究 … 井上 ( 筑波大 )

• Cell や Cluster の情報を積極的に利用した研究。– (Forward) Jet の再構成

• Full2Fast の開発： Full で全データを生成することは不可能のため。– Fake rate 等の研究と平行に。


建設の状況

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