Post on 29-Sep-2020
Physique du top à CDF
Henri Bachacou
University of California, BerkeleyLawrence Berkeley Laboratory
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Après un long shut-down, le Tevatron de Fermilab (Illinois) a redémarré au Printemps 2002.
Top découvert au Tevatron en 1995
Jusqu’au démarrage du LHC (2007), le Tevatron a le monopole du top.
Vaste programme d’étude du quark top.
Introduction...
2
TevatronCDF D0
CDF
Henri Bachacou Physique du top à CDF
ContenuPourquoi étudier le quark top ?
Propriétés du top.
Le Tevatron et CDF : description et performances.
Programme d’étude du top à CDF.
Mesure de la section efficace de production
Etiquetage des B
Bruits de fond
Taux de branchements, hélicité du W, etc...
Mesure de la masse3
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Pourquoi étudier le top ?
Le top est très mal connu :
Dans le Modèle Standard, le top est un quark comme les autres, mais expérimentalement :
- Seule sa masse est mesurée avec ≈ précision ! → Important paramètre électrofaible.- La largeur, le spin ou même la charge du top n’ont pas été mesurés !
Nouvelle physique peut apparaître dans le signal top :
Ex: t → H+ b ; production de paires
Au LHC, le signal top sera la principale source de bruit de fond
⇒ Des mesures de précision sont nécessaires.
4
t t~~-
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Une brève histoire du top...
Le top a été découvert en 1995 au Tevatron, complétant la 3eme génération des quarks.
Surprise: masse de l’ordre de l’echelle électrofaible (≈175 GeV/c2) !
Sa masse est responsable de ses propriétés particulières.
Indice que le top joue un rôle particulier dans le Modèle Standard et la brisure de la symétrie électrofaible?
5
0
50
100
150
200
250
1988 1990 1992 1994 1996 1998
Year
LEP 2494.6 ±
m H = 60 – 1000 GeV
αs = 0.123
m Z = 91 186
100
150
200
250
2480 2490 2500
ΓZ [MeV]
mt
[GeV
/c ]
2m t [G
eV/c
2 ] 200
250
150
100
50
0
C. Quigg, hep-ph/9704332
EW Fit
e+e- W width
pp
CDFD0
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Quelques propriétés du topGrande masse ⇒ Corrections radiatives :
Important paramètre électrofaibleContraint la masse du Higgs :
Grande masse ⇒ Courte vie :
τ ≈ 10-24 s >> 1/ΛQCD
Seul quark à se désintégrer avant hadronisation : peut être observé dans un état libre !
Désintégration : t → W b (≈100%) ⇒ étiquetage
6
80.2
80.3
80.4
80.5
80.6
130 150 170 190 210
mH [GeV]114 300 1000
mt [GeV]
mW
[G
eV]
Preliminary
68% CL
Δα
LEP1, SLD DataLEP2, pp− Data
LEP electroweak WG (’04)
Run I: mt = 178.0±4.3 GeV/c2 ⇒ mH = 126-48+73 GeV/c2
et < 280 GeV/c2 a 95% C.L.
W+
t
bW+ W+
H
W+
W+
-
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Mécanismes de productionProduction en paires Production électrofaible “single-top”
- Pas encore observé (bruit de fond important)- Mesure directe de Vtb
Signature (±) claire et déclenchement facile⇒ mode d’observation et d’étude.
q
q
t
t
g
g
t
t
15% 85%Tevatron:LHC: 90% 10%
Canal “t” :
Canal “s” :
Limite Run II :(162 pb-1)
€
σ t95%CL <10.1 pb
€
σ s+ t95%CL <17.8 pb
€
σ s95%CL <13.6 pb{
6.7 pb833 pb
Fusion gg Annihilation qq
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Canaux de désintégration des paires tt
Dans le Modèle Standard, t→Wb ≈100%
⇒ Etat final : W+W- bb
8
On catégorise les canaux en fonction de la désintégration des W:
# - Lepton+Jets : 1 W → lυ , 1 W → qq (30%)# - Di-lepton : 2 W → lυ (5%, peu de bruit de fond)# - Hadronique : 2 W → qq (46%, bruit de fond important)# - Canaux τ : traités à part (identification des τ difficile)⎨
q
q
t
t
g
g
t
t
Hadronique
e+jetsμ+jets
τ+jets
Dileptons
-
-
lepton = e ou μ
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Programme d’étude du Top
9
`
Section efficace
Résonance
Masse du top
Hélicité du W (V-A)
Taux de branchement (Vtb)
Désintégrations Non-MS (t->H+b)
Désintégration :
Production :
Tests de la cinématique
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Protons-Antiprotons √s = 1.96 TeV.
Améliorations depuis le Run 1:
- “Main Injector” pour augmenter la production d’antiprotons.- “Antiproton recycler” avec électron cooling.
Débuts difficiles...
A ce jour:
- Record: 1.17 1032 /cm2/s (contre 0.2 au Run 1).
Le Tevatron
M.I.
TevatronCDFD0
Record Run 104
/200
1
02/2
005
10
Silicium
Chambre à dérive
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“Collider Detector at Fermilab”
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Détecteur de Vertex au Silicium |η|< 2
Chambre à dérive (COT) |η|< 1
Chambres à Muons
Calo. Hadronique
Calo. Electromagnétique
p
p_
Solénoïde (1.4T)Nombreux changements pour Run II :
- DAQ et système de déclenchement : haute luminosité (période de croisement : 396 ns)
- Trajectographe : plus grande acceptanceδpT/pT ≈ 0.1% pT [GeV]
- Calorimètres “bouchons”
Muons |η|< 1Electrons |η|< 2
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Détecteur de Vertex au Silicium
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Principale amélioration du Run II.
Nécessaire à la mesure précise des traces à proximité du point d’interaction.
8 couches de micro-pistes.
3 sous-systèmes :
- L00 : sur le tube à vide (r=1.3cm)- SVX : 5 couches avec angle stéréo (1.3o et 90o)- ISL : 2 couches avec angle stéréo (1.3o)Etend l’acceptance→ |η|= 2
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Silicium : Problèmes d’installationPlusieurs problèmes ont du être résolus après le démarrage du faisceau:
Accès au détecteur limite (en temps et espace)Liste choisie : refroidissement de l’ISL, connections optiques, bruit analogue dans L00.
Certains modules sont irréversiblement endommagés :
Brisure des “Jumpers” (connexion entre côtés φ et z d’un module) :
Force de Lorentz créée par le champ de 1.4TRésonance dans certaines conditions de trigger
Brisure de connexions argent-Epoxy sur les hybrides :
- le problème n’a pas pu être reproduit.- corrélé avec incidents de faisceau.
Opérations devenues plus stables : 92% des modules opérationnels.
13
SVX3D Chip
B
Henri Bachacou Physique du top à CDF
0 1 2 3 4 5 60
18
0369
0 1 2 3 4 5 60
20
40
60
80
100
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
0 1 2 3 4 5 60
20
40
60
80
100
120
140
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
0 1 2 3 4 5 60
180 1 2 3 4 5 60
20
40
60
80
100
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
0 1 2 3 4 5 60
20
40
60
80
100
120
140
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
Cell Id L00 & ISL Chip Status Map
Bulkhead, Phi Side Bulkhead, Z Side
Wed
ge #
Run 147572Updated 19:16:18No data!Failure!
OKChecks Disabled
L00
ISL0
ISL1
L00
ISL0
ISL1
Monitoring du Détecteur au SiliciumContrôle en temps réel de chacun des 722432 canaux.
Bas-niveau :
Haut-niveau : diagnostics sophistiqués.
Feed-back à la DAQ : Re-initialisation automatique pour éviter risques de résonance.
14
Strip Mean Charge for Detector W 2 4 -A PHI (ADC Counts)
Strip Number
0 50 100 150 200 250 300 3500
20
40
60
80
100
120
140
160
Run 148153Accumulated from 16:04:40 till 18:12:50, 1076 events
Accumulated from 17:51:50 till 18:12:50, 176 events
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Performance du Détecteur au Silicium
Algorithme de reconstruction “Outside-In” :
- “Seed” : trace du COT.- Ajout des amas par itération, couche par couche, vers l’intérieur.- Ajout des amas z dans 2ème itération.
Efficacité ≈ 94% (≥3 amas en φ).
Résolution du paramètre d’impact ≈ 25 μm à grand pT.
L00 améliore la résolution à bas pT et faible occupation (physique du B).
Algorithme “Stand-Alone” devrait étendre le tracking jusqu’à |η|=2 (bientôt...).
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Interaction Point
Impact Parameter d0
SVXL00+SVX
(largeur du faisceau incluse, ≈ 30 μm)
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Mesure de la section efficace de production avec b-tagging
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Nombre de candidats
Efficacité du b-TaggingLuminosité intégrée
Estimation du bruit de fond
Acceptance
Canal Lepton+Jets.
b-tagging pour réduire le bruit de fond.
Motivation : Test élémentaire du mécanisme de production.
Définition de l’échantillon pour toutes les autres analyses :
Comparaison de différents canaux→ Taux de branchement, Désintégrations exotiques (Higgs chargé)
Bruits de fond similaire pour la recherche du Higgs (MS).
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Canal Lepton+Jets : Signature et SélectionProduits de désintégration :
- 1 lepton chargé,- 1 neutrino,- 2 quarks “légers”,- 2 quarks b.
Déclenchement sur lepton de grand pT.
Sélection :
- 1 Electron ou Muon isolé, pT > 20 GeV,- Energie transverse manquante > 20 GeV,- ≥ 3 jets, ET > 15 GeV et |η| < 2,- ≥ 1 jet étiqueté.
Evénements top plus énergétiques que bruit de fond
⇒ Optimise la sélection :HT = Energie transverse totale > 200 GeV
17
I.P.
+W
t
b
l
νl
q
q’
W−
b−jet
jet
lepton
ET/
b−jet
jet
b−
−t
(GeV)TH0 100 200 300 400 500 600 700
Even
ts /
20 G
eV
00.5
11.5
22.5
33.5
4
(GeV)TH0 100 200 300 400 500 600 700
Even
ts /
20 G
eV
00.5
11.5
22.5
33.5
4 TopMistagsQCDWcWccWbb
W±⎨
Henri Bachacou Physique du top à CDF
L’algorithme SecVtx : Vertex Secondaire
Hadrons B : longue vie (cτ ≈ 450 μm) et grande masse
Plusieurs étapes :
- Sélection de traces avec grand paramètre d’impact.- Tentative de reconstruction vertex.- Sélection de vertex avec grande longueur de désintégration Lxy :
Lxy : projection sur l’axe du jet dans le plan transverse.
Tags négatifs : utilisés pour estimer la pureté.
18
X (cm)-0.6 -0.4 -0.2 -0 0.2
Y (c
m)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
I.P.
= 2.1 mm xyL
= 2.7 mm xyLMET 42.2 GeV
Electron 52.7 GeV
Jet1 82.9 GeV
Jet2 65.6 GeV
Jet3 35.4 GeV
CDF II PreliminarySecondary VertexHT = 292 GeV
Sec. V.
Lxy > 0
Jet Axis
Prim. V.
0d
Tag “positif” Tag “négatif”
Sec. Vec.
Lxy < 0
Jet Axis
Prim. V.
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Mesure de la Performance du Tagger
Nécessite un échantillon dont le contenu en saveur lourde est bien connu.
LEP : Z en bb bar / cc bar
LHC : Grand échantillon Top-Antitop.
0-tag / 1-tag / 2-tag : efficacité et taux de branchement
Le Tevatron n’a pas ce luxe... ⇒ leptons de basse énergie
- Jets riches en désintégrations semi-leptoniques
- Tag du jet opposé pour purifier le côté de l’électron
19
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Mesure de l’efficacité de SecVtx (I)Complication : seulement 25% des jets contenant l’électron sont de saveur lourde.
Même si le jet opposé est taggé, seulement 75% le sont.
20
/ ndf 2χ 68.18 / 56Prob 0.1274ND0 68.03± 773.3 c0 461.2± 1.216e+04 c1 507.5± -1.075e+04 c2 138.5± 2445
Reconstructed K-Pi mass (GeV/c^2)1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 2 2.05 2.10
200
400
600
800
1000
1200
/ ndf 2χ 68.18 / 56Prob 0.1274ND0 68.03± 773.3 c0 461.2± 1.216e+04 c1 507.5± -1.075e+04 c2 138.5± 2445
Radius (cm)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50E
ven
ts /
0.5
cm
0
2000
4000
6000
8000
10000
L0
0 SV
X L
0S
VX
L1
SV
X L
2S
VX
L3
SV
X L
4
SV
X R
ead
ou
t
ISL
L0
Fo
rwa
rd
ISL
L0
Cen
tra
l
ISL
L1
ISL
Ou
ter
scre
en
CO
T i
nn
er c
yl.
Estimation du contenu en saveur lourde (H.F.) :
1) Dans l’échantillon entier : par reconstruction de D0→Kπ et cascade semi-leptonique (e et μ).
2) Après tagging du jet opposé : conversions de photons pour évaluer la fraction de faux électrons dans le sous-échantillon avec tag opposé.
Hypothèse : contenu en conversion des jets légers indépendant du tag.
Fake ElectronsConversionsH.F.
Tagged Away Jet
Entire Samplens
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Mesure de l’efficacité de SecVtx (II)
21
Electron Jet ET (GeV)15 20 25 30 35 40 45 50 550
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6DataMC
B-Tagging Efficiency (Double Tag Method)
ScaleFactorDoubleEntries 25Mean 34.61RMS 11.88
/ ndf 2χ 9.667 / 7Prob 0.2083p0 0.03883± 0.7936
Electron Jet ET (GeV)15 20 25 30 35 40 45 50 550
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8 ScaleFactorDoubleEntries 25Mean 34.61RMS 11.88
/ ndf 2χ 9.667 / 7Prob 0.2083p0 0.03883± 0.7936
Scale Factor (Double Tag Method)
B-Tag Efficiency Measurement: c/b fraction and systematics
Light Charm Bottom Data
Tag Mass (GeV/c2)
Fra
ctio
n o
f T
ag
s
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0 1 2 3 4 5 6
Source uncertainty (%)FHF 3.5Fa
HF method 3.0mistag subtraction 3.0ET dependence 2.5B-decay 1.2total systematic error 6.2data statistics 3.2MC statistics 3.6Total 7.8
Henri Bachacou Fermilab Seminar, Nov. 2nd 2004 41
Efficacité mesurée dans les données et Monte Carlo sur le même échantillon.
La simulation surévalue l’efficacité :
ε(données)/ε(MC) = 0.82±0.06Ce ratio est utilisé pour dégrader l’efficacité du tagger dans MC ttbar.
Efficacité d’étiqueter un événement top (≥1 tag):
εtt = (53.4±3.2)%
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la pureté de SecVtxDésintégration de hadrons beaux ⇒ tag positif.
Lxy des “faux” tags (jets légers) est ≈ symétrique.
Paramétrisation du taux de tags négatifs dans échantillon de contrôle (multi-jets) pour estimer le taux de faux tags (positifs).
Correction : Λ, KS, interaction matière
⇒ composante asymétrique !Exacte composition des “tags positifs” extraites avec fit de pseudo-cτ = Lxy . m/pT
Correction de 20%Rejection ≈ 100 22
(cm)τpseudo-c0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1
10
102
103
104
105
positive tag excess
material interactions
+ c quark jets
+ b quark jets
Sec. V.
Lxy > 0
Jet Axis
Prim. V.
0d
Tag “positif” Tag “négatif”
Sec. Vec.
Lxy < 0
Jet Axis
Prim. V.
Henri Bachacou Physique du top à CDF
AcceptanceMonte Carlo PYTHIA (mt = 175 GeV)
Identification des leptons imparfaitement décrites par la simulation
⇒ Evaluées dans les données (Z + jets)Efficacité du trigger ≈ 95%
Incertitude relative ≈ 10%
23
Acceptance
• “Pre-tag acceptance” Att̄ evaluated withPythia MC.
• Include trigger efficiency, z cuts, andother scale factors:
Att̄ = AMCtt̄ εdata
z0εdata∆z εdata
trigger
εdataleptonid
εMCleptonid
• Event tagging efficiency:
εtt̄≥1 tag = 53.4±3.2%
• Overall Acceptance:
Att̄ · εb−tagtt̄ = (3.84 ± 0.40)%
(electrons and muons combined; includesbranching ratios)
Quantity Relative error (%)Energy Scale 4.9PDF 2.0ISR/FSR 2.6MC modeling 1.4Lepton ID 5.0B-tagging 6.0
Henri Bachacou Fermilab Seminar, Nov. 2nd 2004 22
Erreurs systématiques
e + μ
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Bruits de Fond
Comprendre le contenu de l’échantillon W+Jets : crucial pour les analyses top, mais aussi pour la recherche du Higgs du Modèle (W+2jets)
Evalués avec données et simulations.
3 bruits de fond principaux :
- W + jets légers (faux tag) → paramétrisation des tags négatifs- W + cc, W + bb, W + c, + jets- QCD : faux W
Autres (“single-top”, dibosons) : Monte Carlo
24
QCD
W bb/cc/c
W + light jets
Top pair
QCDW bb/cc/c
W+light jets
Top pair
b-tagging HT > 200 GeV
S/B ≈ 1/5
S/B ≈ 3
W + ≥3 jets
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Bruit de fond : W + Saveur Lourde
Section efficace W + jets mal connue (seulement L.O.)
⇒ Mesurée dans l’échantillon sans b-tagFraction de saveur lourde estimée par Monte Carlo
Au Run 1 : pas de MC adéquat.
Combinaison de Vecbos et HerwigAu Run 2 : ALPGEN.
- Tient compte de la masse des quarks, flux de couleur, spins.- Mais... seulement premier ordre.
Validation dans l’échantillon QCD multi-jets
Données = 1.5 ± 0.4 ALPGEN
25
-Figure 2: A few of the leading order diagrams for Wjj production.
Figure 3: The bb mass in W bb events.
The Feynman diagram topologies may give some indication of reasonable values for therenormalization and factorization scales to use for the matrix element evaluation at leadingorder. (See, for example, the discussion in CDF note 6352 [15].) The next-to-leading orderresult may provide further evidence to support a particular scale(s) deemed appropriate atleading order.
3. Partonic Cross Sections and Jet Algorithms
MCFM is a parton-level event generator with at most 3 partons in the final state. Noinformation is available at the hadron level; thus any jet algorithms must be applied to the1 or 2 partons that comprise any of the predicted final state jets.
– 3 –
, b, c
, b, c-- -
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Bruit de fond : QCD (faux W)Difficile à simuler...
“Lepton” causé par conversion / “punch-through”, désintégration en vol, ou désintégration semi-leptonique de B.
Energie manquante : erreur instrumentale, ou désintégration semi-leptonique de B.
Echantillon de contrôle : lepton non-isolé
Hypothèse : Energie manquante et isolation ne sont pas corrélées pour ce bruit de fond.
26
Isolation = ET (ΔR<0.4) / ET (lepton)
signal
Avant étiquetage :
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Données (162 pb-1)
27Contrôle Signal
Background Summary
• Signal Region: ≥ 3 jets and HT ≥200 GeV.
Expect 13.5±1.8 background events, ob-serve 48 events.
• Check background estimate in 1 and 2jet events.
HT > 200 GeVJet multiplicity W + 3 jets W + ≥ 4 jets
Mistags 3.3 ± 0.4 2.3 ± 0.3Wbb̄ 2.8 ± 0.8 1.4 ± 0.4Wcc̄ 0.9 ± 0.3 0.5 ± 0.2Wc 0.7 ± 0.2 0.3 ± 0.1
QCD 1.7 ± 0.4 1.2 ± 0.3WW/WZ/ZZ,Z → ττ 0.3 ± 0.1 0.1 ± 0.03
single top 0.8 ± 0.1 0.2 ± 0.02Total 10.5± 1.3 6.0 ± 0.8
Corrected Total 13.5± 1.8Data 21 27
Number of jets in W+jets
1 2 3 4
Nu
mb
er o
f ev
ents
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Number of jets in W+jets
1 2 3 4
Nu
mb
er o
f ev
ents
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180single top
diboson
bWb
cWc
Wc
non-W
mistags
! 1!tot bkgd
)-1
data (162 pb
"
Henri Bachacou Fermilab Seminar, Nov. 2nd 2004 30
) 2 Transverse Mass (GeV/c0 20 40 60 80 100 120 140 160
Eve
nts/
4 G
eV
0
500
1000
1500
2000
2500
3000W+ ≥1 jet
48 candidats dans la région du signal :W+ ≥3 jets, ≥1 tag, HT>200 GeV
18000 W+ ≥1 jet
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Résultat avec 162 pb-1
Pour une masse de 175 GeV/c2:
28
Measurement of the tt̄ Cross-Section:
• Based on the 48 candidate events with 3 or morejets and HT > 200 GeV, we measure a cross-section of:
σtt̄ = 5.6+1.2−1.1(stat.)+0.9
−0.6(syst.) pb
• Consistent w/ SM prediction: σSMtt̄ = 6.7+0.7
−0.9 pb
• All results assume mt = 175 GeV
Number of jets in W+jets
1 2 3 4
Nu
mb
er o
f ev
ents
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180 Background
Background errors
(5.6pb)tBackground + t
errorstBkgnd + t
)-1
Data (162 pb
!
Number of jets in W+jets
1 2 3 4
Nu
mb
er o
f ev
ents
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Syst. Err on σtt̄
Acceptance 10%(incl. B-tagging 6%)
Luminosity 6%Bgd 5%
mt(GeV/c2) σ (pb)170 5.8 ± 1.2175 5.6 ± 1.2180 5.4 ± 1.1
Henri Bachacou Fermilab Seminar, Nov. 2nd 2004 32
Number of jets in W+jets1 2 3 4
Num
ber o
f Dou
ble
tagg
ed e
vent
s
0
2
4
6
8
10
12
14
Number of jets in W+jets1 2 3 4
Num
ber o
f Dou
ble
tagg
ed e
vent
s
0
2
4
6
8
10
12
14mistagsWbbWccWZSingle topttbar (5.0pb)
σ 1±Tot bkgd )-1Data (162 pb
≥
≥2 tags
(accepté par PRD, hep-0410041)
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Propriétés cinématiques des candidats
29
(cm)τPseudo-c0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
510152025303540
(cm)τPseudo-c0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
510152025303540
DataTop (6.7pb)MistagsQCDWcWccWbb
(GeV)TTagged Jet E0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
02468
10121416182022
(GeV)TTagged Jet E0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
02468
10121416182022
DataTop (6.7pb)MistagsQCDWcWccWbb
(GeV)TH100 200 300 400 500 600 700
0
2
4
6
8
10
(GeV)TH100 200 300 400 500 600 700
0
2
4
6
8
10 )-1Data (162 pb
Top (6.7 pb)
Mistags
QCD
Wc
Wcc
Wbb
(GeV)TH0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
01020304050607080
(GeV)TH0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
01020304050607080
DataTop (6.7pb)MistagsQCDWcWccWbb
1 ou 2 jets (contrôle)
≥3 jets (signal top)
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesures de la section efficace au Run II
30
Différents canaux et techniques
Hadronique
Lepton + jets
Dilepton
}
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Comparaisons de σtt dans différents canaux (1)Mesure de BR(t→Wb)/BR(t→Wq)
Mode Lepton + Jets
Comparaison des échantillons avec 0, 1, et ≥2 b-tags.
Avec hypothèse d’unitarité, mesure de Vtb :
Test le contenu en saveur lourde.
31
BR(t→Wb)/BR(t→Wq) > 0.62 à 95% C.L
BR(t→Wb)/BR(t→Wq) = |Vtb|2 / (|Vtb|2 + |Vts|2 +|Vtd|2)
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Comparaisons de σtt dans différents canaux (2)Recherche de t →H+ b
Comparaison des canaux:
- Lepton+Jets (avec étiquetage)- Dilepton- τ+Jets (pas observé)
Dans le MSSM :
H+ → t*b →W+bb à petit tanβ et grand mH+ H+ → τυ à grand tanβH+ → cs à petit tanβ
Recherche inclusive (independante des modèles) :
BR(H+ → τυ) + BR(H+ → cs) + BR(H+ → Wbb) = 1
32
Cas général :
MSSM :
tau candidate track multiplicity0 1 2 3 4 5 6 70
100
200
300
400
500
MC + ele data BG! "W->
Data! "W->
ele data (dominant BG)
)-1CDF RUN2 Preliminary (58 pb
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Tests des propriétés cinématiques
33
€
F0 = 0.27−0.24+0.35(stat) ± 0.17(sys)
€
F0 < 0.88@95% CL
Recherche de 4ème générationMesure de l’hélicité du W
€
F0 = 0.89−0.34+0.30(stat) ± 0.17(sys)
€
F0 > 0.25@95% CL
- Test de V-A dans désintégration top- Modèle standard : 70% long., 30% gauche
cosθ* ≈ mt2 - mw2 - 1_____2 mlb2
t
W+
l+νθ* pT du lepton
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la masse du top
34
Plus important paramètre électrofaible mesuré au Tevatron.
Run 1 :
Meilleures mesures :CDF : 176.1 ± 5.1 (stat) ± 5.3 (syst) GeV/c2
D0 : 180.1 ± 3.6 (stat) ± 3.9 (syst) GeV/c2 (2004)
⇒ Nouvelle mesure : 178.0 ± 4.3 GeV/c2 (était 174.3 ± 5.1 GeV/c2)Run 2 :
1) Revenir à la précision du Run 1 prend du temps...2) Objectif : δmt ≈ 2-3 GeV/c2
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Techniques de mesure de la masseReconstruction de la masse des jets provenant d’un top.
Canal Lepton+Jets :
1 neutrino :ET manquante ⇒ px et py
Contrainte sur masse du W ⇒ pz (2 solutions)Combinaisons de jets :
4 jets, dont 3 proviennent du même top.Etiquetage réduit le nombre de combinaisons.
0 tag → 24 combinaisons1 tag → 12 combinaisons2 tags → 4 combinaisons
Canal Dilepton :
2 neutrinos ⇒ reconstruction complête impossible
35
I.P.
+W
t
b
l
νl
q
q’
W−
b−jet
jet
lepton
ET/
b−jet
jet
b−
−t
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la masse : méthode des templates (I)
Pour chaque combinaison compatible avec les b-tags :
Contrainte sur la masse du WPour chaque évènement, on choisit la combinaison avec meilleur chi2.
Comparaison avec MC templates, vraisemblance :
36
)2Reconstructed Top Mass (GeV/c100 150 200 250 300 350
arbi
trary
sca
le
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03 2 = 145 GeV/ctopm2 = 155 GeV/ctopm2 = 165 GeV/ctopm2 = 175 GeV/ctopm2 = 185 GeV/ctopm2 = 195 GeV/ctopm2 = 205 GeV/ctopm
background
CDF Run II Preliminary
Template Functions for 1 Tag Channel
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la masse : méthode des templates (II)
37
Mtop = 177.2 (stat) ± 6.6 (syst) GeV/c2 +4.9-4.7
Méthode appliquées aux différents sous-échantillons
(en fonction de l’étiquetage)
Résultat préliminaire (162 pb-1):
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la masse : “Dynamic Likelihood Method”
Même concept que la nouvelle analyse de D0.
Chaque combinaison est pondérée par sa vraisemblance d’être reconstruite correctement.
Pour chaque événement:
Vraisemblance totale = produit des événements.
38
)2 (GeV/cTopMaximum Likelihood M130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
)2Ev
ents
/(10G
ev/c
0
1
2
3
4
5
6
7MC PredictionSignal ttbar(MC)Backgroud(MC)Data 22 events
)-1CDF Run II Preliminary (162 pb2 = 175GeV/ctopSignal MC : M
Maximum Likelihood Mass
mtop = 177.8 (stat) ± 6.2 (sys) GeV/c2 +4.5-5.0
Element de matricePDF “Fonction de transfère”
jets partons
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Mesure de la masse : premiers résultats du Run 2
39
Très préliminaire...
Mesures dans canaux dilepton et lepton+jets.
Erreur systématique ≈ 6-7 GeV/c2
(contre ≈ 5 GeV/c2 au Run1)dominée par énergie des jets.
Améliorations à venir...
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Energie des Jets : Erreur DominanteNombreuses corrections pour évaluer l’énergie du parton initial.
Depend de la simulation
⇒ énorme travailBientôt : amélioration par rapport au Run I.
⇒ Erreur syst. sur la masse ≈ 4 GeV
40
(GeV)TCorrected jet P20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Frac
tiona
l sys
tem
atic
unc
erta
inty
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1<0.6. Cone 0.4ηSystematic uncertainties in 0.2<
Run II
Run I
<0.6. Cone 0.4ηSystematic uncertainties in 0.2<
Run II
Run I
(un peu) mieux qu’au Run I
Run IRun 2 (bientôt)
η-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-0.6
-0.55-0.5
-0.45-0.4
-0.35-0.3
-0.25-0.2
-0.15-0.1
+ jets Samples. Cone 0.4 jetsγ
Data
Pythia
Herwig
+ jets Samples. Cone 0.4 jetsγ
Data
Pythia
Herwig
η-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-0.6
-0.55-0.5
-0.45-0.4
-0.35-0.3
-0.25-0.2
-0.15-0.1
+ jets Samples. Cone 0.4 jetsγ
Data
Pythia
Herwig
+ jets Samples. Cone 0.4 jetsγ
Data
Pythia
Herwig
Dijet balancing- Non-uniformité- Non-linéarité- Régions non-instrumentées- “Out-of-cone”- “Underlying event”- Interactions multiples
γ + jet
NN Output0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
even
ts
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000 b-jet (no SecVtx tag)
l-jet (no SecVtx tag)
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Comment arriver à δmt ≈ 2-3 GeV ?
41
Dijet invariant mass (GeV)0 50 100 150 200 250
Even
ts p
er 5
GeV
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000-1CDF Run 2 preliminary - L=333 pb
Selected eventsBackground
515 events±Z signal: 3394 Fit result
Z→bb-
NN Output0.8 0.85 0.9 0.95 1
even
ts
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
b vs c
Calibration en énergie des jets b :
- photon + b-jet- Z en bbbar- “Soft Lepton Tagging” et corrections spécifiques
Calibration en énergie des jets légers : masse du W dans l’évènement top
nécessite un bon b-tagging: combinaison de différents algorithmes :SecVtx, Probabilité des jets, “Soft Lepton” -- Réseau de neurone
Avec plus de données :
Compromis stat. / syst. possible(ex: n’utiliser que les jets centraux)
Henri Bachacou Physique du top à CDF
ConclusionCDF a dépassé le Run I en termes de résolution sur la calibration des jets, b-tagging, techniques d’analyse.
Mesure de la section efficace avec précision accrue (en cours de publication)
Il ne manque plus que davantage de données...
On peut espérer plusieurs fb-1 de données dans les années à venir.
En fonction des performances du refroidissement à électrons :
entre 4 et 8 fb-1 d’ici à 2009Banc d’essais pour le LHC.
42
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Appendice
43
Henri Bachacou Physique du top à CDF
Production électrofaible de top
Pas encore observée au Tevatron :
section efficace comparable à ttbar mais très important bruit de fond.
Mesure directe de Vtb
Etat final : W (leptonique) + 2 ou 3 jets
Sélection :
* W → Lepton (e ou μ) et Energie transverse manquante
* 2 jets (dont un étiqueté)
44
Canal “t”
Canal “s”
Henri Bachacou Physique du top à CDF45
€
σ s95%CL <13.6 pb
€
σ t95%CL <10.1 pb
€
σ s+ t95%CL <17.8 pb
Production électrofaible de top (II)
canal “t”:asymétrie de charge HT = Energie transverse totale