Mesures de polarisation dans les paires t-t avec ATLAS au LHC: Mesures de polarisation dans les paires t-t avec ATLAS au LHC Le LHC et le quark top Reconstruction des événements t-t Les mesures physiques Bernardo RESENDE – CPPM Sous la direction d’Emmanuel MONNIER 10 décembre 2005


Le CERN et le LHC: Le CERN et le LHC Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (1954) Prochain accélérateur : Large Hadron Collider (LHC), 2007 Collisions proton-proton à 14 TeV Aussi ion-ion 4 détecteurs dont 2 généralistes : CMS et ATLAS Objectifs : Higgs, nouvelle physique autour du TeV (SUSY, …) lac Léman Jura Lyon 100 m 9 km


Une collision au LHC: Une collision au LHC 14 TeV par collision Energie d’une mouche en vol… sur un volume 1039 fois plus petit Fréquence de croisement des paquets : 40 MHz Sélection online : ~10 Hz enregistrés


Le LHC, une usine à tops: Le LHC, une usine à tops Luminosité : 1033cm-2 s-110 fb-1/an Paires top-antitop : s ~ 850 pb Tops seuls : s ~ 300 pb  Plus de 10 millions de tops par an et encore plus ensuite… Mesures de précision possibles σMtop = 1 GeV, … Le top est aussi un bruit de fond


Les événements top-antitop: Les événements top-antitop Pas de hadronisation (durée de vie : 10-25s)  Informations transmises aux particules filles Topologie simple


Tester la production et la décroissance du top: Tester la production et la décroissance du top LHC σ ~300 pb Interaction faible top seul Tevatron σ ~3 pb Polarisation du top BR(tWb)~100% Pas de hadronisation vertex tWb Production du top Décroissance du top Polarisation du W Tester le MS, chercher des couplages anormaux LHC σ ~850 pb Tevatron σ ~7 pb


Mesure de la polarisation du top: Mesure de la polarisation du top Angle des particules filles lié au spin du top Étude de la topologie  angles On en tirera les polarisations S : polarisation du top ai : dilution (pour chaque particule)


Étude précédente et objectifs: Étude précédente et objectifs Étude en simulation simplifiée  prometteuse : précision compétitive dès la première année Mon travail : préparer l’analyse en vue des données Simulation détaillée du détecteur Proche des données réelles Maîtriser chaque objet Dépôts énergétiques et traces  particules Reconstituer l’événement et calculer les paramètres physiques Efficacités, puretés, résolutions


Angles et impulsion transverse: Angles et impulsion transverse Pseudorapidité : Zone de précision : |h| < 2.5


Leptons : électrons et muons: Leptons : électrons et muons Caractérisation e : dépôt d’énergie + trace (direction) µ : trace chambres à muons + trace interne Critères de sélection 1 seul lepton pT > 20 GeV Isolation par rapport aux dépôts hadroniques  déclenchement


Électrons et muons : efficacité: Électrons et muons : efficacité e m vrais  100 % reconstruits  75 % sélectionnés  60 % vrais  100 % reconstruits  95 % sélectionnés  60 %


Jets : topologie: Jets : topologie Caractérisation Dépôts d’énergie dans un cône spatial Critères de sélection au moins 4 jets dont au moins 2 b-jets pT > 30 GeV Problématiques : Calibrations Étiquetage des jets b


Jets : échelle d’énergie: Jets : échelle d’énergie Calibration avec les jets « vrais » Calibration in-situ : contraindre Mjj ~ 80.4 GeV Gain en qualité avant après Correction du rapport d’énergie vrai/reco


Jets : étiquetage et performances: Jets : étiquetage et performances Étiquetage des jets issus de quarks b 2 jets b dans l’état final  dépendance importante 60% d’efficacité  puretés : 100 (u, d, s) et 10 (c) 15 % des événements vérifient les coupures Estimer leur qualité : puretés (après choix des 4 jets)  70 % de bons b 50 % de bons quarks légers (W)  Bruit de fond combinatoire Bruit de fond combinatoire Distance vrai – reco (unités arbitraires)


Neutrino : énergie manquante: Neutrino : énergie manquante Partie manquante du bilan d’énergie transverse Dépend des autres mesures Biais en pT  Erreur systématique du côté leptonique (pT reco – pT vrai) / pT vrai, n moyenne : – 7 %


Reconstruction de l’événement (1): Reconstruction de l’événement (1) W hadronique Calibration in-situ |Mjj – 80.4| < 5 GeV W leptonique Pzn calculé en fixant MW = 80.4 top hadronique b tel que MWb proche de Mtop |MWb – 175| < 25 GeV top leptonique b le plus proche du lepton |MWb – 175| < 25 GeV


Reconstruction de l’événement (2): Reconstruction de l’événement (2) Efficacité après coupures et reconstruction : ~ 3 % Environ 11000 événements sur 360000 Pureté des tops : 60 % M=175.5 ± 0.3 GeV s =7.5 ± 0.4 GeV M=172.7± 0.3 GeV s =7.2 ± 0.6 GeV top hadronique top leptonique


Tops : corrélations de spin: Tops : corrélations de spin Mais asymétrie (/) dans la production : Chaque top de la paire n’est pas polarisé (pas de direction préférentielle pour le spin)  Corrélation entre les spins A=0.42


Corrélations de spin : méthode de mesure: Corrélations de spin : méthode de mesure reconstruction, sélection distribution vraie Sélection (coupures) et reconstruction  distribution originale déformée : Fonction de correction Modèle Standard : A = 0.42 Chaque événement est pondéré distribution reconstruite


Résultats après correction: Résultats après correction Erreur statistique ~ 10 % pour 1.5 fb-1 Corrélation retrouvée  méthode validée Même type d’étude pour la polarisation du W  Polarisation retrouvée avec ~ 2% d’erreur statistique


Conclusions et perspectives: Conclusions et perspectives Étude en place avec la simulation détaillée Très bon accord avec les résultats précédents Points en cours Étude des systématiques Bruit de fond Événements d’empilement À venir Nouvelle simulation du détecteur ; plus de statistique Écrire une note


Suppléments: Suppléments


Le quark top: Le quark top Découvert au TeVatron en 1995 Multiples études en cours à Fermilab (faible statistique) Masse : ~ 175 GeV (= masse atome or !) ~ échelle de brisure de symétrie EF  rôle fondamental ? Temps de vie très faible (~10-25 s) : pas de hadronisation Décroissance presque exclusive (MS) : t  Wb Top seul non observé : études sur les paires ttbar Section efficace connue à ~15% près Masse : 172.7 ± 2.9 GeV (350 pb-1)


Reconstruction de l’événement: Reconstruction de l’événement Résolutions sur les tops reconstruits : top had. top lept. top had. top had. top lept. top lept. hreco – htrue freco – ftrue (pTreco–pTtrue)/pTtrue  Dispersion raisonnable, pas (ou peu) de biais


Polarisation du boson W: Polarisation du boson W Étude du vertex de décroissance tWb :


Polarisation du W : méthode de mesure: Polarisation du W : méthode de mesure reconstruction, sélection distribution au niveau partonique (vrai) Sélection (coupures) et reconstruction  distribution originale déformée : Fonction de correction Modèle Standard : F0=0.7 ; FL=0.3 ; FR=0.0 Chaque événement est pondéré distribution reconstruite


Résultats après correction: Résultats après correction Polarisation retrouvée  méthode validée Fit : F0=0.677 ± 0.015 FL=0.309 ± 0.009 FR=0.014 ± 0.009