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Martina Schäfer 1
Etude du boson ZEtude du boson Z de KK dans le canal de KK dans le canal Z Z ee++ee--
dans l’expérience ATLAS@LHCdans l’expérience ATLAS@LHC
Martina SchäferMartina Schäfer
GDR-SusyGDR-Susy
5-7 juillet 5-7 juillet 20042004
travail préparé autravail préparé au LPSC LPSC sous la direction de: sous la direction de:
F.LedroitF.Ledroit (LPSC-Grenoble) pour l’obtention du (LPSC-Grenoble) pour l’obtention du DEIRDEIR et et Th.MüllerTh.Müller (Universität Karlsruhe) pour le (Universität Karlsruhe) pour le DiplomarbeitDiplomarbeit
IEKP
Martina Schäfer 2
Atlas Z’ de Kaluza-Klein Données utilisés
Cinématiques DY et l’interférence
Bruit de fond physique Largeur totale
Section efficace leptonique Asymétries A_FB
Simulation complète Résumé
Varia
bles
di
scrim
inan
tes
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 3
ATLAS (1)ATLAS (1)
ATLAS CMS LHCb
physique du B violation CP
ALICE ions lourds quark-gluon plasma
nombreux
domaines
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 4
largeur: ~40mrayon: ~10mpoids: ~ 7000 tcanaux électriques: ~108
cables: ~3000 km
calorimètre électromagnétique ECALidentification électron/photon excellente
bonne résolution en E
ATLAS (2)ATLAS (2)
chambres à muonsréponse rapide pour le trigger
bonne résolution en p
calorimètre hadronique HCALbonne performance pour les jets
et ET manquante
détecteur interne IDdétecteur de traces à haute
efficacitéhaute précision sur le
paramètre d’impact
comparaiso
n
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 5
Z’ de KKZ’ de KK Z’(KK): dimensions supplémentaires,
Kaluza-Klein fermions confinés sur une
3-brane, bosons de jauge propagent avec la gravitation dans des dimensions supplémentaires petites perpendiculaires aux branes
ici: une dimension supplémentaire, compactifiée sur S1/Z², tous les fermions sur le même « orbifold point »
tour de résonances Kaluza-Klein pour tous les bosons de jauge avec M²n=(nMc)²+M0², Mc échelle de compactification, M0 masse du boson de jauge habituel
limite de découverte actuelle (indirecte par des mesures électrofaibles SI boson de Higgs léger + dans le bulk)
M 4TeV
n=1 n=2
n=3n=4
MC=1TeV
Autres modèles de Z’:
•SSM
•E6
•Left-right symmetric
•…
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 6
ola forme BW complète est incluse pour le photon et le Z et leurs 2 premières résonances
oles masses et couplages sont définis, les largeurs calculées
oles autres résonances sont resommées
oles éléments de matrice sont interfacés avec Pythia, Pythia est utilisé pour le QCDshowering des quarks initiaux et l’hadronisation (PDF: default, CTEQ5L)
Données utiliséesDonnées utilisées
objectif: étude des variables discriminantes
canal Z’ e+e-
génération avec Pythia Z’(KK) « user defined extern process » in Pythia (T.Rizzo, G.Azuelos)
Z’(KK) à 4TeV et très brièvement à 1.5TeV (cross-check) Z’(autres modèles) à 1.5TeV et 4TeV avec la structure d’interférence
complète (DY) sans ISR/FSR, coupure CKIN(1) soit 1000GeV soit 2500GeV
simulation complète Z’(KK) à 4TeV en cours Z’(autres modèles) à 1.5TeV (4TeV en cours) avec DY avec ISR/FSR, coupure CKIN(1) = 500GeV
basse luminosité (sans pile-up)
SN-ATLAS-2003-023
G.Azuelos, G.Polesello
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 7
CinématiquesCinématiquespour le KK à 4TeV
pT du e- e+ || des e- et e+
=(e-,e+) au labo
pz du Z’
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DY et l’interférenceDY et l’interférence
l’interférence pour le SSMMll(GeV) avec
int.
Mll(GeV) DY
destructif !
/GeV
l’interférence pour le Z’(KK)
Mll(GeV) avec int.
Mll(GeV) DY+Z’
plus mince
/GeV
plus large
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 9
Bruit de fondBruit de fondà 4 TeV, génération
Mll/GeVSignal très propre,
facile à mettre en évidence
à 4TeV, avec B=DY, 1année de haute luminosité (100fb-
1)S B
SSM 25 0.3
KK 230 --bb
pT(e) << 50GeV
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 10
Variables discriminantesVariables discriminantes
Largeur totaleLargeur totaleSection efficaceSection efficace
AsymétriesAsymétries
au niveau de la génération et à 4TeV
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 11
Largeur totale (1)Largeur totale (1)fit pour la largeur totale
exp (DY)
BW
BW*exp+exp
±4 pic
DY
luminosité des partons +
interférence
/GeV
exemple:modèle Z’(eta) à 1.5
TeV
KK: sans l’exp pour le DY
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 12
Largeur totale (2)Largeur totale (2)résultats à 4TeV
/GeV
Fit (GeV)
Theo.
(GeV)
SSM 121.90.8
119.2
24.7
0.3
21.2
30.0
0.3
25.2
51.1
0.2
46.8
LR 88.0
0.6
81.6
KK 180.0
1.2
à 1.5TeV: =66.5 0.4GeV
bon accord, /M=0.045 à 4TeV et /M=0.044 à 1.5TeV
linéaire en M
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 13
Largeur totale (3)Largeur totale (3)Z’(KK) résonances:
superposition de (n) et de Z(n)
fit par (BW+BW)*exp
dans le générateur (pour M=4TeV):
((1)) = 169.70GeV
(Z(1)) = 241.95GeV
résultat du fit (pour M=4TeV):
(dans l’hypothèse ((n)) /(Z(n))=const. et
connu)
((1)) = 166.4 1.4GeV
(Z(1)) = 236.2 2.0GeV
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 14
Section efficaceSection efficace
calculée à partir de la luminosité (section
efficace de Pythia) le nombre d’événements
dans le pic sans le DY dans 4 acceptance 1 (génération) en accord avec Pythia * ( décroissances exotiques du
Z’)
(fb)
*(GeV fb)
SSM 0.25
0.001
30.7
0.2
KK 2.3
0.01
415
3.2
KK à 1.5TeV: =615fb
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 15
Avant/Arrière (1)Avant/Arrière (1)
dans collisions pp il n’y a pas de direction avant/arrièrenaturelle direction du q “avant” direction du q approximée
par la direction du Z’(le quark est en général un quark de valence et alors plus rapide que l’antiquark de la mer)
dans 25% des cas faux l’approximation est
meilleure à haute rapidité Y du Z’
% des evts avec la fausse direction du q
|Y| > 0.8: 10% faux
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 16
Avant/Arrière (2)Avant/Arrière (2)
* = (e-,z-axis)* = (e-,q) * = (e-,Z’)
distribution cos *
dans le repère du Z’:
cos* est symétrique cos* est asymétrique
A(true) cos* : perte de
l’asymétrie A(obs)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 17
A_FBA_FB (1) (1) en fonction de Men fonction de M
vraie direction du quark
fit
comptage
or
conclusion:Accord entre le fit
et le comptage.
A_FB(M)=(N+-N-)/N
N+: cos>0, dans chaque bin en M
! il faut corriger l’acceptance !
fit à la distribution cos dans chaque bin de M
3/8(1+ cos2) + A_FB cos
Mll(GeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 18
A_FBA_FB (2) (2) en fonction de Men fonction de M
fit
direction du q
direction du Z’
conclusion:Perte de
l’asymétrie.
à 1.5TeV
Mll(GeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 19
comptage, sans(avec) coupure |Y|>0.8
q, sans coupure
q, avec coupure
Z’, sans coupure
Z’, avec coupure
conclusion:La coupure en |Y|réduit la perte de l’asymétrie.Mais: l’acceptancedécroit avec |Y|.
A_FBA_FB (3) (3) en fonction de Men fonction de M
Mll(GeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 20
A_FBA_FB (4) (4) en fonction de Men fonction de M
conclusion:fit en 2D marche,eps(y) est indépendentdes modèles, maisdépendent de la
masse.
Avantage: accèsà A(true) et non passeulement à A(obs)
facteur de dilution: A(obs)=D A(true),
D=1-2eps(y)simple divisionne marche pas,
comme Ddépend du modèle
Dilution
fit q
fit Z’
fit 2D
fit en 2D à la distribution cos dans chaque bin de M
3/8(1+ cos2) + A*(1-2eps(Y)) cos
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 21
A_FBA_FB (5) (5) en fonction de Men fonction de M
A(true), 4TeV génération
Mll(GeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 22
A_FBA_FB (5) (5) en fonction de Yen fonction de Y
Y
A_FB(Y)=(N+-N-)/NN+: cos>0, dans chaque bin d’YA_FB(-Y)= - A_FB(Y)
! il faut corriger l’acceptance !
KK
SSM
A_FB(Y) caractériséepar la pente d’unedroite.
à 1.5TeV
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 23
Simulation complèteSimulation complète
quelques aspects de la quelques aspects de la simulation complètesimulation complète(uniquement SSM à (uniquement SSM à
1.5TeV)1.5TeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 24
Identification & Calibration Identification & Calibration des électronsdes électrons
uniquement clusters avec ET>50GeV identification des électrons “standard”
90% d’efficacité pour les électrons <5% pour les photons, 0.1% pour les jets
calibration “standard” : photons dé-calibration & re-calibration (uniquement dans le barrel)
après
recalibration
avant
recalibration
temporaire
resolution sur les électrons (pour
M=1.5TeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 25
Masse reconstruiteMasse reconstruite
seulement evts avec 2 électrons identifiés e+ et e-
2 électrons dans le barrel pertes par
bremsstrahlung et FSR non-inclus dans cluster négligées (pour l’instant)
vérité
recalibré
non calibré
Mll/GeV
=11GeV
+ queuesrésolution surla masse (pour M=1.5TeV)
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 26
AcceptanceAcceptanceacceptance(55%, seulement barrel 45% )
en |Y|(Y of Z’)
en |cos|
en |cos| en plusieurs bins en |Y|
haute |Y|
basse |Y|
2
1
1
1
1
1
10
0
0
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Largeur totaleLargeur totale
DY
fit
en GeV gen. théo. G+G+G
SSM 45.9 0.3
44.7 46.7
1.5
résolution du détecteur
largeur naturelle
[Res][BW*exp+exp]
résolution :
Gauss+Gauss+Gauss(calibration temporaire) Mll/GeV
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 28
A_FB(M)A_FB(M)
génération (60.000evts)
simulation complète (10.000evts acceptés)
Dilution
fit q
fit Z’
fit 2D
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 29
A_FB(Y)A_FB(Y)
génération
simulation complète
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 30
Résumé et PerspectivesRésumé et Perspectives étude des variables discriminantes pour différents modèles de Z’
largeur totale section efficace asymétries
au niveau de la génération, mais aussi en simulation complète d’ATLAS
le Z’(KK) fait partie des modèles étudiés, il se distingue bien des autres modèles par son effet d’interférence destructive par une largeur/section efficace 10fois plus grande par une asymétrie plate (proche de celle du DY pur)
simulation complète du Z’(KK): attente des données, les programmes d’analyse sont prêts et testés
avec les autres modèles à 1.5TeV
à long terme: fit global pour distinguer les modèles
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FINFIN
BACK-UP
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 32
Back-up (1)Back-up (1) Theoretical decay width = gx² /48 (cv²+ca²) Mx (for mf=0)
gx=g/cosw, g=e/sin w
Extra dimensions S1: y=0..2R, 0=2R Z²: y=-y=2R-y Fix points: 0 et
Dilution A_FB(obs)= (1-2eps) A_FB(true),
eps: % of wrong q direction
Charge miss-identification: 3.5%
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Calibration (1)Calibration (1) “standard” calibration
:photons
de-calibration re-calibration only barrel
beforerecalib.
afterrecalib.
energy
Stathes Paganis (University of Wisconsin)
200GeV
/E=0.9%
(E)/E (E=200GeV) =9.5%sqrt(E)-1
0.45% 0.8% ok
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Calibration (2)Calibration (2)
/E=0.8%
energy
1TeV afterrecalib.
beforerecalib.
(E)/E (E=1000GeV) =9.5%sqrt(E)-1
0.45% 0.5% ok
GDR-Susy 5-7 juillet 2004Martina Schäfer 35
Calibration (3)Calibration (3)Results on the Z’ (SSM 1.5TeV), electrons at about 750GeV(E)/E (E=750GeV)
=9.5%sqrt(E)-1 0.45% 0.6% ok(M)/M (M=1.5TeV)
= sqrt(2) (E)/E 0.8% ok
/E0.7%
resolution of electrons (Z’ at
1.5TeV)