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Etude d’un canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur
collisioneur LHC Alexandre Mollet
Présentation
• Le contexte– Le LHC– L’expérience CMS (Compact Muon Solenoid)– Pourquoi la super-symétrie (SUSY)? – Notre canal de désintégration
• Les simulations– La reconstruction – Les graphiques de masse invariante– Paramètres de la reconstruction
• Perspectives de travail
Le LHC
• Un accélérateur sur la fontière Franco-suisse!
• Quelques Chiffres:– Energie dans le centre de masse de 7 TeV + 7 TeV– Circonférence de 26 km 650 !– 0.4 1011 particules par paquet– 2808 paquets!– Fréquence de croisements: 40 MHz– 109 collisions p-p par secondes
CMS
AtlasAlice
LHC-b
L’expérience CMS
• Une des 2 plus grandes expériences du futur LHC (4 en tout) dédiées à la découverte du boson de Higgs
• Ses mensurations:– 16 millions de voie individuelle de détection– Longeur = 21.6 m Rayon externe = 7.5 m Poids
= 14 500 Tonnes– 2000 scientifiques et 160 instituts
• Composition du détecteur:– Un trajectographe– Un calorimètre électromagnétique– Un calorimètre hadronique– Un aimant– Un système de mesures des muons
Longueur : 20 mHauteur : 15 mPoids : 14 000 tCanaux électroniques : 108
Coût : 500 MCHF (325 M€)
TrackerSiliciumPixel + Strips
ECALCristal scintillant(PbWO4)
HCALCu+scintallateur
Chambre à muons
SolenoïdeB = 4 T
Pourquoi la SUper SYmétrie?
• Le boson de Higgs:– La théorie du Modèle Standard nécessite son
introduction pour conférer la masse aux particules– Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir
entr 80 Gev et 1 Tev
• La SUper SYmétrie: – MS à basse énergie!– Existence de partenaires super symétriques pour chaque
particule:
particule p de spin s superpartenaire de spin s-1/2– Extension minimale du SM est le MSSMMotivations
Pourquoi la SUper SYmétrie?
• Le boson de Higgs:– La théorie du Modèle Standard nécessite son
introduction pour conférer la masse aux particules– Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir
entr 80 Gev et 1 Tev
• La SUper SYmétrie: – Existence de partenaires super symétriques pour chaque
particule avec spin ½– Extension minimale du SM est le MSSM
Présentation
• MSUGRA– Hypothèse de Modèle à Grande Unification:– Unification de la masse des Gauginos – Unification de la masse des scalaires– Unification de la constante de couplage trilinéaire
• Point SUSY retenu– m1/2 = 360 GeV
– m0 = 230 GeV
– A0 = 0
– tan b = 10 – sign(µ) >0.
Notre canal de désintégration
• Voici notre la canal de désintégration que je vais étudier:
h bb
• Ses caractéristiques:
- Le neutralino est 1 est stable et interagit très peu. De plus, il est très massif. grande énergie manquante.
- Désintégration en jet de b. Donc, possibilité de calculer la masse invariante du Higgs en ayant E et p des jets de b reconstruits.
Notre canal de désintégration
Résumé:
0,± 0 0 0 0L 1,2 2 1
0 0 0 0 0 + -L 2 2 1
0 0 + -R 1
q χ + q ~85% χ χ + h 85% h b+b 72%
q χ + q 20-25% χ χ + Z 12% h W +W 9%
q χ +q 99% h τ +τ 9%
Rapport de branchement
Signature :
h0
01χ LSP
MET
b
bB tagging
02χ
q / g
20 % d’évènements interessants
Les évènements
• Création des évènements:
Ntuplesignal
Ntupleminbias
OSCAR 3
HEPEVTNtuple
ORCA 8
POOLSimHits/minbias
POOLSimHits/signal POOL
DigisDST
OSCAR SimReader RecReader
MC generator
CMKIN
Production
Production User
1)digitization
“data summary tape”
ROOTTree
RecReader
3)analysis2)reconstruction
NEW
Pool Of persistent Objects for LHC
La reconstruction
• ORCA:– Digitalise la réponse électronique du détecteur – Et reconstruit de l’évènement: …– En sortie, nous avons comme les informations sur:
• Les évènements simulés
• Les évènements reconstruits
La reconstruction
• La reconstruction des jets:– Outpout ORCA: Fichiers ROOT– Pour obtenir ces fichiers ROOT : – Choix d’un algorithme de reconstruction: taille de
cones, énergie déposée dans le calorimètre
• Le “b-tagging”: – Une fois un jet reconstruit, il faut voir si ce jet provient
d’un b ou pas! Problème d’efficacité du b-tagging
Type de résultats attendus
La masse invariante du Higgs:
__ MC
_ _ Rec
- Reconstruction « Standard »:
- Sans calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
- Reconstruction « Standard »:
- Sans calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
Bruit de fond
3 types de BF jouent ici:
1) SUSY: sb b ; t W b ; Z0 b b
2) Combinatoire: Si on a 4 jets 6 Minv
3) SM: t W b ; Z0 b b (négligeable)
Premiers résultats
Résumé sous forme de tableau:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 N -19,9 38.5 82 GeV
Regardons ce qui se passe quand ces paramètres varient
Premiers résultats
Ajoutons la correction en énergie
Recentrage du pic
Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
- Reconstruction « Standard »:
- Avec calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
Premiers résultats
Résumé sous forme de tableau:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 NO -19,9 38.5 82 GeVIC 0.5 YES 7,8 32,2 115 GeV
Amélioration certaine de la calibration
Léger décalage vers la droite
Affinement du pic
Premiers résultats
Changeons la taille du cône
Trop grand décalage car correction inadéquate
Cone de 0,7
Premiers résultats
Changeons l’algorithme de reconstruction:
Correction inadaptée
Premiers résultats
Tableau Récapitulatif:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 NO -19,9 38.5 82 GeVIC 0.5 YES 7,8 32.2 115 GeVIC 0.7 YES 15.2 33.4 128 GeVKT 0.5 YES 23.1 32.6 129 GeV
Espace des phases gigantesques
Mais voici le vrai problème à résoudre…
Premiers résultats
Masse invariante suite à la recombinaison des jets:
Toutes les paires de jets !
Nécessité d’optimiser la reconstruction des jets
Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
Grands écarts d’énergie
“b-tagging”
Une des sources d’erreur dans la reconstruction est:
- le tagging des jets b en jets de b
- le tagging des autres jets en jets de b
Efficacité du "b-tagging"
05000
1000015000200002500030000350004000045000
u d s c b b fromh
Différents types de jets
Nombre de jets
Nombre de jets taggésen b
57%
Comparaison efficacité b tagging
0
10
20
30
40
50
60
u d s c b b from h
Cone 0.5
Cone 0.7
!!! Sans jouer sur le « b_tagging »
Nécessité d’optimiser le b tagging
Perspectives de travail
• Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres
• Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo – Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est
bonne ou pas– Justification plus théorique – Faire un “fit” de mon pic, améliorer la qualité du pic et
enfin calculer la significance
Perspectives de travail
• Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres
• Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo – Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est
bonne ou pas– Justification plus théorique – Faire un “fit” de mon pic, améliorer la qualité du pic et
enfin calculer la significance
Un vrai puzzle…