ALMA MATER STUDIORUM ∙ UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di Laurea Triennale in Fisica
Studio di fattibilità per la ricerca di eventi
H
bb accompagnati da un fotone
ad alto pT col rivelatore CMS a LHC
Relatore:
Chiar.mo Prof.
Francesco Luigi Navarria
Candidato:
Stefano Sinigardi
Correlatori:
Dott. Andrea Perrotta
Prof. Fabrizio Fabbri
II Sessione
Anno Accademico 2006-2007
Ricerca del bosone di Higgs SM
Ricerca
intensificata
al LEP e al
Tevatron
ZONA
ESCLUSA
DA LEP
ZONA
ESCLUSA
DA LEP
114
Non c’è
possibilità di
prevedere la
massa
Esistono
limiti teorici
e
sperimentali
140
La zona interessante per questo
canale è nell’intervallo di massa tra
114 GeV/c2 e ~140 GeV/c2
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Un nuovo canale di studio
pp →
Hjj + X → bbjj +
X
PRODUZIONE DI HIGGS DA
VBF
FONDO DI QCD
IRRIDUCIBILE
E. Gabrielli, F. Maltoni, B. Mele, M. Moretti, F. Piccinini e R. Pittau.
Higgs Boson Production in Association with a Photon in Vector Boson Fusion at the LHC.
Nucl. Phys. B 781 (2007) 64
CMS
Sezione
trasversa di
CMS con
rappresentazio
ne dei segnali
registrati al
passaggio delle
diverse
particelle
Rappresentazione schematica del
rivelatore CMS
4
Campioni di fondo utilizzati
^
pT (GeV/c)
0 - 15
15 - 20
20 - 30
30 - 50
50 - 80
80 - 120
120 - 170
170 - 230
230 - 300
300 - 380
380 - 470
470 - 600
600 - 800
800 - 1000
1000 - 1400
1400 - 1800
1800 - 2200
2200 - 2600
2600 - 3000
3000 - 3500
3500 - 
Sezione
d'urto
55.0 mb
1.46 mb
630 b
163 b
21.6 b
3.08 b
494 nb
101 nb
24.5 nb
6.24 nb
1.78 nb
683 pb
204 pb
35.1 pb
10.9 pb
1.60 pb
145 fb
23.8 fb
4.29 fb
844 ab
108 ab
Eventi
analizzati
475338
0
0
0
900240
1206257
1260951
934870
509987
1193756
1040311
900613
523580
685958
617585
111788
170844
128500
343367
396275
359275
CAMPIONI QCD DI
FONDO UTILIZZATI PER
L’ANALISI DI
FATTIBILITÀ
5
Gli oggetti usati nel programma di
analisi (C++ Analyzer)
Si richiede la presenza di:
2 jet originati
dall’adronizzazione dei quark
dell’interazione iniziale
2 jet provenienti
dall’adronizzazione di una
coppia di quark b
1 fotone ad alto pT
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Fotoni in CMS
Ogni deposito nel calorimetro elettromagnetico è un
candidato fotone (reco::Photon)
Jet in CMS
A partire dai depositi calorimetrici nell’ECAL e nell’HCAL
vengono creati i reco::CaloJet
(ricostruiti con l’algoritmo IterativeCone) ΔR=0.5
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Pre-selezione eventi
Fotone
• |ηb | ≤ 2.5
• pTγ ≥ 20 o 30 GeV/c
• Isolamento ΔR ≥ 1.2
pTj ≥ 30 GeV/c
mjj ≥ 400 GeV/c2
|ηj | ≤ 5
minimo 10% di energia in HCAL
Jet in avanti
•
•
•
•
Jet centrali
(candidati b)
• pTb ≥ 30 GeV/c
• |ηb | ≤ 2.5
• minimo 10% di energia in HCAL
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Piu’ di un fotone o piu’ di 4 jets?
Piu’ di un fotone:
Si sceglie quello con pT piu’ alto,
con preferenza fra quelli con
a) EHCAL<8% && ntrk==0;
b) EHCAL<8% && ntrk<=2;
c) All other jet-isolated reco::photon
Piu’ di quattro jets:
Si sceglie la combinazione 2+2 (if
any…) che possa passare anche i
tagli di selezione successivi
(In genere, i numeri di combinazioni
possibili per i jet piu’ il fotone
selezionato sono limitati, il piu’
delle volte uno solo)
Etichette fotoni
JET CARICO
JET NEUTRO
• Per i depositi nell’ECAL che contengono
particelle cariche nel cono circostante
• Include gli elettroni
• Per depositi ECAL prodotti da adroni neutri
non isolati
ADRONE
NEUTRO
• Per i depositi ECAL prodotti da adroni
neutri isolati (ad es. π  γγ)
FOTONE
• Per gli sciami isolati associati a fotoni
radiati dai partoni primari
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Distribuzione etichette dopo la
preselezione
(Figura della tesi, con bias nella selezione del fotone in caso di piu’ fotoni nell’evento)
In verde è disegnata la
distribuzione per il campione
300 GeV/c < p^T < 380 GeV/c,
in rosso quella per
800 GeV/c < p^T < 1000 GeV/c
e in blu quella per
3000 GeV/c < p^T < 3500 GeV/c
Distribuzione etichette dopo la
preselezione
(Unbiased photon selection)
600 < pT < 800 GeV/c
1000 < pT < 1400 GeV/c
2200 < pT < 2600 GeV/c
3000 < pT < 3500 GeV/c
Riduzione dei campioni nelle fasi di
preselezione
1.0E+07
1.0E+06
1.0E+05
1.0E+04
n° totale eventi analizzati
1.0E+03
almeno 1 fotone
almeno 1 fotone e 4 jets
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+00
pre-selezionati
MEDIAMENTE ESCONO
DALL’ANALYZER MENO DELL’1,5% DEI
DATI INIZIALI
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Selezione eventi
Selezione ottimizzata a livello
partonico (dall’articolo teorico):
-pTj1 ≥ 60 GeV/c
-mjj ≥ 800 GeV/c2
-pTb1 ≥ 60 GeV/c
- mγbb > 140 GeV/c2
Applichiamo isolamento dei reco::Photon
negli eventi selezionati:
- Nessuna traccia ricostruita (pT>1.5 GeV/c)
in un cono ΔR=0.3 attorno al fotone
- Non piu’ dell’8% di energia totale del
CaloJet associato al fotone depositata
nell’HCAL
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Riduzione campioni dopo le selezioni
p^T campione (GeV/c)
100.0000%
10.0000%
1.0000%
0.1000%
0.0100%
0.0010%
0.0001%
0.0000%
Pre-selezione articolo teorico
Selezione ottimizzata teorica
Selezione preliminare fotoni singoli
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Questa selezione non e’ finale!
Altre variabili che verranno utilizzate
Massa invariante: nella ricerca
dell’Higgs si tagliera’ in una
finestra attorno alla massa cercata
B-tag: pochi eventi del fondo
QCD hanno b-quark all’origine
dei jet candidati provenire dal
decadimento dell’Higgs
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Trigger
Soglie tipiche per il trigger di single photon (PTDR):
ET > 23 GeV @ L1
ET > 80 GeV @ HLT
Trigger multijet e multijet+fotone potranno permettere di abbassare le
soglie sui fotoni, ma bisognera’ lavorarci
Conclusioni
È stato verificato che le stime di fondo fatte a
livello di eventi completamente ricostruiti nel
rivelatore non inficiano sensibilmente i risultati
ottenuti dai teorici a livello partonico.
In base ai risultati di questa tesi, il canale
pp  bbγjj + X
sembra pertanto essere un canale di interesse per
lo studio delle proprietà del bosone di Higgs
affrontabile con un’analisi vera e propria.
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