Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodotto ...grauco/SIF14.pdf · Risultati Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodo˛o in ... LHC HIGGS XS WG 2012 H

IntroduzioneTrigger e selezione o�line

Elementi addizionaliDiscriminazione S/B

Fit di mbb̄Risultati

Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodo�o infusione di bosoni ve�ori deboli e che decade in coppie di quarks b

Giorgia Raucoper la collaborazione CMS

INFN e Università di Pisa

100° Congresso Nazionale SIF22-26 Se�embre 2014

Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 1 / 19




VBF HbbProprietà del segnaleStrategia dell’analisi

Introduzione






VBF Hbb

?

6

[GeV] HM80 100 200 300 400 1000

H+

X)

[pb

]

→

(pp

σ

-210

-110

1

10

210= 8 TeVs

LH

C H

IGG

S X

S W

G 2

01

2

H (NNLO+NNLL QCD + NLO EW)

→pp

qqH (NNLO QCD + NLO EW)

→pp

WH (NNLO QCD + NLO EW)

→pp

ZH (NNLO QCD +NLO EW)

→pp

ttH (NLO QCD)

→pp

��9

Decadimento:I il Modello Standard prevede che il

bosone di Higgs a 125 GeV decadaprincipalmente in bb̄ (∼ 60%)

I la ricerca del decadimento H→ bb̄ è unpunto essenziale per verificarel’accoppiamento del bosone di Higgs coni fermioni di tipo down

Produzione:I la produzione del Bosone di Higgs

avviene principalmente tramite fusionedi gluoni, in cui lo stato finale bb̄ non èricercabile a causa dell’enorme fondo diQCD

I il secondo canale di produzione è VBF2 jets aggiuntivi con segnatura moltoparticolareminor fondo di QCD

H→ bb̄ cercato anche (più tradizionalmente) in VH e �H






Proprietà del segnale

q q

W,Z

W,Z

Hb̄

b

q q

I questo canale è cara�erizzato da:eventi con stato finale composto da 4 jets

2 jets di b-quark centrali2 jets di quarks leggeri VBF con grande ∆η e mqq

a�ività adronica rido�a tra i jets VBF

I è l’unico canale totalmente adronico in cui sicerca l’Higgs SM

I è un canale studiato solo a CMS

Documentazione in CMS PAS HIG-13-011


http://cms-physics.web.cern.ch/cms-physics/public/HIG-13-011-pas.pdf





Strategia dell’analisi EVENT DISPLAY

1 Trigger topologico sulle principali cara�eristiche del segnale e selezione o�line2 Elementi addizionali

discriminatore di jets da gluoni/quarksa�ività adronica addizionaleregressione sul pT dei b-jets

3 Analisi multivariate per massimizzare la discriminazione tra segnale e fondo

4 Fit dello spe�ro di mbb̄





TriggerPreselezione degli eventi

Trigger e selezione o�line






Trigger

I i 4 jets di segnale hanno pT moderato (∼ 60 GeV)→ necessario un trigger dedicato

Hardware Trigger: e�icienza ∼ 60% e rate ∼ 3.5 kHzI 3 jets con pT superiori a delle soglie fissate→ 68, 48, 32 GeVI uno tra i primi due jets con maggiore pT può essere in avanti

(2.6 < |η| < 5.2) mentre gli altri due devono essere centrali (|η|<2.6)

So�ware Trigger: e�icienza ∼ 10% e rate ∼ 10 HzI 4 jets con impulso trasverso superiore rispe�ivamente a soglie o�imizzate→ 82, 65, 48, 35 GeV

I almeno uno tra i 4 jets selezionati deve essere identificato con proveniente da unquark b

I i due VBF jets (qq) sono scelti come quelli meno ricostruiti come b-jets o comequelli più separati in pseudorapidità

I mqq > 180, 200, 220, 240 GeV e ∆ηqq > 2.5






Preselezione degli eventi

I 4 jets con pT > 85, 70, 60, 40 GeVI i 2 jets leggeri sono individuati secondo l’ordinamento di identificazione di b-jets o

l’ordinamento di separazione in pseudorapidità e devono soddisfare le condizioni:1 mqq > 300 GeV2 ∆ηqq > 2.5

I per rimuovere il grande fondo QCD di coppie bb̄ back-to-back si richiede ∆φbb̄ < 2

Eve

nts

/ 1

60

Ge

V

1

10

210

310

410

510

610Presel. & Trigger

)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

(GeV)qqM500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Da

ta /

MC

0

0.51

1.52

= 8 TeVsCMS Preliminary

mqq

Eve

nts

/ 0

.20

1

10

210

310

410


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

|qq

η∆|3 4 5 6 7 8

Da

ta /

MC

0

0.51

1.52


∆η

Eve

nts

/ 0

.08

1

10

210

310

410

510 Presel. & Trigger

)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

bbφ∆

0 0.5 1 1.5 2

Da

ta /

MC

0

0.51

1.52


∆φ

grafici dopo la selezione





Discriminazione tra jets di gluoni e quarksA�ività adronica addizionaleRegressione del pT dei jets

Elementi Addizionali






Discriminazione tra jets di gluoni e quarks

I Fondo di QCD: frazione di jets originati da gluoni dominante rispe�o a quella di jetsdovuti ai quarks

I Segnale VBF: in un’interazione pp puramente ele�rodebole, solo i jets generati daquarks sono possibili→ sfru�ando le di�erenze in molteplicità, forma e frammentazione del jet è quindipossibile separare il fondo dal segnale

I 5 variabili sono usate come input di una likelihood:

1 la molteplicità di particelle del jet

2 la massima frazione di energia trasportata daun componenti del jet

3 RMS max dei componenti nel piano ηφ

4 RMS min dei componenti nel piano ηφ

5 pull (asimmetria) dei componenti del jet

Eve

nts

/ 0.0

41

10

210

310

410

510


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

4th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dat

a / M

C0

0.51

1.52


QGL ∼ 0 per S, QGL ∼ 1 per B

→ informazioni più de�agliate su CMS PAS JME-13-002






A�ività adronica addizionale

I Segnale VBF: produzione ele�rodebole di jetsrapidity gap di scambio di colore QCD soppresso tra i due jets VBF

I Altre regioni:tra i due b-jetstra i jets VBF e i rimanenti constituenti del protone

I construzione di variabili so� usando una collezione di tracce addizionali per separare ilsegnale dal fondo:

1 la molteplicità Njets

2 la somma scalare dei pT Hso�T

Events

/ 1

0 G

eV

1

10

210

310

410

510


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

(GeV)TSoft H0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Da

ta /

MC

0

0.51

1.52


��9

fondo

��:segnale

SOFT HT






Regressione del pT dei jets

I Calibrazione dell’energia dei jets di default in CMS: calibrazione medianon considera le proprietà interne dei jets

I Regression: una calibrazione multidimensionale dedicata ai b-jets da H→ bb̄sfru�a il metodo delle reti neuronalifornisce un fa�ore corre�ivo per ogni b-jetmigliora la risoluzione di mbb̄ (∼ 10%)

(GeV)bbM60 80 100 120 140 160

)-1

(G

eV

bb

dN

/dM

×1

/N

0

0.01

0.02

0.03 = 125 GeV (set A)HVBF M

Regressed

RawReg. FWHM = 27.1 GeV

Raw FWHM = 32.8 GeV

CMS simulation

X come validazione del metodo si sono studiati dire�amente gli eventi Z + b-jet





Discriminazione S/B





Discriminazione S/B

I la ANN ha in ingresso le distribuzione di variabili discriminanti e le lorocorrelazioni

I il discriminante in uscita e la distribuzione di mbb̄ devono essere scorrelateI il segnale ha un massimo a 1 ma ha anche una coda a bassi valori

Eve

nts

/ 0

.04

1

10

210

310

410


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

ANN Output-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Data

/ M

C

0

0.51

1.52


��

��+

ANN Output

I la sensitività è massimizzata suddividendo i datiin 5 categorie secondo l’output dell’ANN

ANN Output-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Pro

babi

lity

Den

sity

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06CMS Simulation

QCD

Signal

CAT0

CAT1

CAT2

CAT3

CAT4





Fit di mbb̄





Fit di mbb̄

Modello di fitI background: 3 componenti

1 QCD2 Z/W + jets3 top

I segnale: Cristal Ball + polinomiodi Bernstein

Fit della ZI il modello è stato testato nel

decadimento della ZI eventi di Z dal fit 2844± 1127

con significanza 2.5σ

Eve

nts

/ 2.5

GeV

50

100

150

200CAT4

DataBackground-only Fit

σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit

10×Signal (125 GeV)

-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary

(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a-F

it

-50

0

50

HIGGS FIT

mbbCor80 100 120 140 160 180 200 220 240

Eve

nts

/ 4.0

GeV

5000

10000

15000

CMS Preliminary = 8 TeVs

-1L = 19.0 fb

DataBackground + Z FitBackground FitFitted Z

(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a -

Bkg

. Fit

-200

0

200

400

600

Z FIT





Risultati





Risultati

I tu�e le categorie sono state combinate insieme, tranne CAT0I i limiti sono stati o�enuti tramite il metodo degli intervalli di confidenza asintotici

il limite superiore osservato è 3.6xSM, quello aspe�ato 3.0xSM e laforza del segnale è µ = σ/σSM = 0.7± 1.4 @ 125 GeV

Higgs Mass (GeV)115 120 125 130 135

SM

σ / σ

95%

Asy

mpt

otic

CL

Lim

it on

0

2

4

6

8

10

12

14 ObservedSCL ExpectedSCL H125 InjectedSCL

σ 1 ± Expected SCLσ 2 ± Expected SCL

CMS Preliminary = 8 TeVs

-1L = 19.0 fbb b→VBF H

Aggiornamento in viadi approvazione

(articolo entro fine 2014)

I usati più dati

I analisi piùo�imizzata





Grazie a tu�i per l’a�enzione!


Slides addizionali


CMS detector


Identificazione di b-jet

I τ ∼ 1.6 ps→ cτ ∼ 500µmI distanza di volo osservabileI si utilizzano algoritmi basati su

1 parametro di impa�o2 ricostruzione del vertice secondario


Trigger Paths

Nome E�icienza Rate@5 · 1033

L1_TripleJet_64_44_24_VBF ∼ 62% ∼ 5 kHzL1_TripleJet_64_48_28_VBF ∼ 56% ∼ 3.5 kHzL1_TripleJet_68_48_32_VBF ∼ 50% ∼ 2.5 kHz

Tipo Nome E�icienza Rate@5 · 1033

CaloJets�adJet75_55_35_20_BtagIP_VBF ∼ 9.2% ∼ 8 Hz�adJet75_55_38_20_BtagIP_VBF ∼ 8.0% ∼ 6 Hz

PFJets

�adPFJet75_55_35_20_BTagCSVV BF ∼ 11% ∼ 12Hz�adPFJet75_55_38_20_BTagCSVV BF ∼ 9.6% ∼ 9Hz�adPFJet78_61_44_31_BTagCSVV BF ∼ 8.3% ∼ 3.5Hz�adPFJet82_65_48_35_BTagCSVV BF ∼ 6.5% ∼ 3.5Hz


S/B discrimination

DISCRIMINATINGVARIABLES


B-tag discriminantE

vent

s / 0

.04

1

10

210

310

410

510


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

1st jet (btag ordering) btag discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dat

a / M

C

0

0.51

1.52


Eve

nts

/ 0.0

4

1

10

210

310

410


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

2nd jet (btag ordering) btag discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dat

a / M

C

0

0.51

1.52



�ark/gluon discriminantE

vent

s / 0

.04

1

10

210

310

410

510


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

3rd jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dat

a / M

C

0

0.51

1.52


Eve

nts

/ 0.0

4

1

10

210

310

410

510


)-1Data (19.0 fb

1.31)×QCD (

Z+jets

ttsingle top

W+jets

b b→VBF H(125)

b b→GF H(125)

4th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dat

a / M

C

0

0.51

1.52



Incertezze sistematiche


mbb̄E

vent

s / 2

.5 G

eV

2000

4000

6000

8000 CAT1DataBackground-only Fit




(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a-Fi

t

-200

0

200

Eve

nts

/ 2.5

GeV

1000

2000

3000CAT2





(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a-Fi

t

-200

-100

0

100

200

Eve

nts

200

400

600CAT3





(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a-Fi

t

-100

-50

0

50

100

Eve

nts

/ 2.5

GeV

50

100

150

200CAT4





(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240

Dat

a-Fi

t

-50

0

50


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