EN EL DETECT OR C D F Y MEDID A DE LA SECCI ´ON EFICAZ DE PR ODUCCI ´ON

(1)

PREST A CIONES DEL ALGORITMO JET PR OB ABILITY P ARA LA SELECCI ´ON DE SUCESOS

EN EL DETECT OR C D F Y MEDID A DE LA SECCI ´ON EFICAZ DE PR ODUCCI ´ON

EnriquePalenciaCortez´onInstitutodeF´ısicadeCantabria

XXXReunionBienaldelaRSEF,Orense,Septiembre2005

(2)

´Indice

Motivaci´on

¿Porqu´eTop?

¿Porqu´eetiquetadodesaborfuerte?

¿Porqu´eJetProbability?

ElTevatronyCDF

Descripci´ondelAlgoritmoJetProbability

Algoritmo

Eficiencia

MisTagRate

MedidadelaSecci´onEficazdeProducci´on

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20051

(3)

Motiv aci ´on

¿Porqu´eTop?-Part´ıculafundamentalconocidam´aspesada

papelespecialenEWSB-Podr´ıasersensibleaf´ısicamásalládelModeloEstandard-Debidoasupequeñavidamedia,decaeantesdehadronizar-Últimoquarkenserdescubierto(1995,FNAL):estudiodetalladoconelaumentodeestad´ıstica

¿Porqu´eetiquetadodesaborfuerte?-Encolisiones

,eltopseproducepincipalmenteenpares

viaprocesosdeaniquilaci´on

y,enmenormedida,mediantefusi´ondegluones;ydecaeaunbosonWyunquarkb(BR 100%)-Lase˜naldeltoppresenta2quarksbysolo

1%delosprincipalesfondostienensaborfuerte

S/Faumenta

¿Porqu´eJetProbability?-JPproporcionaunavariablecontinua

formamásflexibledeentenderlacomposicióndelamuestraoptimizandoelcortedeJP-JPsepuedeoptimizardeformadiferentedependiendodeltipodeanálisis

(4)

El T e v atr on

Colisionador

am´asaltaenerg´ıa-Energ´ıadeloshaces=

-

(RunI

)

Colisionescada

(RunI

)

RunI:1992-1996(¡quarktop!)

RunII:2001-actualidad-Numerosasmejoras:MainInjector-

!

"#$:

&%('

)(RunI) *

+

, % '

)

(RunII)

Otrosdescubrimientos:quarkbottom(1977)y-

.(2000)

(5)

C D F

Detectordepart´ıculasdeprop´ositogeneral.Simetr´ıacil´ındrica

3subsistemas:reconstrucci´ondetrazas(inmersoenunsolenoidede

/),calorimetr´ıaymuones

MejorasdelRunII:-NuevodetectordeSilicio

-DetectordeTOF

-Calor´ımetrosplug

-Detectoresforwardde

-Electr´onicaDAQytriggers

-SVTtriggerenL2

(6)

El Algoritmo Jet Pr obability

Loshadronesconsaborfuertetienenunavidamedialargayviajanunadistanciadetectableantesdedesintegrarse,dandolugarav´ertices(ytrazas)desplazadosdelv´erticeprimario

JPesunalgoritmoquesirveparadeterminarsiunjetsehaproducidoenelvérticeprimariodelainteracciónosiprovienedelahadronizacióndeunquarkconsaborfuerte

F´ısicamente,representalaprobabilidaddequeunjetsehayaproducidoenelv´erticeprimariodelainteracci´on

Probabilidaduniformeparalightquarkorgluonjetsyconunpicoen0parajetsquecontienentrazasdesplazadasdebidoadesintegracionesdeHF

Seutilizaunpar´ametrodeimpactoconsigno:D

00sielpuntodemáximaaproximaciónalvérticeprimarioestáenlamismadirecciónqueladireccióndeljet(cos

102)

+(-)JetProbability:solotrazasconpar´ametrodeimpactopositivo(negativo) JetProbability

(7)

Eficiencia de Jet Pr obability

Paralamedidaseutilizaunamuestradedatosinclusivadeelectronesde

38456puesest´aenriquecidaconHFdebidoalosdesintegracionessemilept´onicasdeB

PuestoquetambiénutilizamosMCenelanálisis,semidelaeficienciaenMCy,después,secalculaelFactordeEscala(

798:;

<=

>

7@?

A)

EficienciadeJPvs

BDCFE

;

G enunamuestrainclusivadeelectrones

, GeVTCorrected E 2030405060708090100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Data

Monte-CarloJet Probability < 1%

, GeVTCorrected E 2030405060708090100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Data

Monte-CarloJet Probability < 5%

EficienciasdeetiquetarunjetdesaborfuerteconE

G015456(318

IHKJ

L)

JP

M1%JP

M5%

7N8:;

<=0.258

O0.0180.334

O0.026

7P?

A0.316

O0.0210.392

O0.026FactordeEscala0.817

O0.0700.852

O0.072

(8)

Jet Pr obability: MisT a g Rate

Fondosdebidoajetsproducidosporquarksligerosoporgluonesyquesonetiquetados,err´oneamente,comojetsdesaborfuerte

Mistagrate:probabilidaddeidentificarunjetligerocomojetdesaborfuerte

Sedetermina,apartirdemuestrasdejetsinclusivasendatoscondiferentesumbralesdetrigger(20,50,70y100456),utilizandotrazasconpar´ametrodeimpactonegativo

Separametrizacomounamatrizde6dimensionesdelasvariables:(B

G,Q

;RS,

T

BDC

G ,

U ,V

W;X,

1 )

Crosscheck:observado(delamuestradetriggerdemultijet)vspredicci´on(dejetsinclusivosendatos)

Resultadoscon318

IH J

L

JP

Y1%JP

Y5%-tagratepromedio(%)1.22

Z0.085.30

Z0.25+tagratepromedio(%)3.54Z0.189.20Z0.26 (GeV)jTE 050100150200250300350400

+ Tag Rate

[

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Observed

Predicted j^\T+ Tag Rate vs E

(GeV)jTE 050100150200250300350400

- Tag Rate

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Observed

Predicted j^\T- Tag Rate vs E

(9)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

: Selecci ´on de Datos

Medidadecontaje:_

$ `

$ a

<b= '

c

bS

d

e

; f

; g

hji

k$

Muestradedatos:todoslosdatosdelRunIIconSi(hastaSept.04)

CEM(Centralelectrons,

lm

lYL)CMUP(Centralmuons,

lm

l

Yno

p)CMX(Extensionmuons,

no

p

Y

lm

lYL)

Lum(

qb J

L)318.5Z18.8318.5Z18.8305.2Z18.0

Selecci´ondesucesos:

-1leptón(electrónomuón)aisladodealto

r

-alta

E/

r

-

s3jetsenerg´eticos

-

s1(o2)jet(s)identificados(jetscon+JP

t0.01(o0.05)) JetMultiplicity1jet2jet3jet

3 4jets

PretagEventsCEM168972657182105CMUP816911758344CMX42736103517Total293394442300166

SingleTaggedEvents,JP

M1%CEM2071063336CMUP92581324CMX512768Total3501915268

(10)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

: Acept. y Fondos

JPtaggingefficienciesparasucesos

t ¯t(muestradeMonteCarloPYTHIAconu

G<

qwv

xyz456

>|{@}

)

QuantityCEMCMUPCMX

Singletag,JP

M1%(SF=0.817

O0.070)Acc.NoTag3.665O0.017O0.2791.919O0.011O0.1470.751O0.008O0.057TagEff.54.70

O0.24

O3.5954.05

O0.30

O3.5455.21

O0.52

O3.57AverageTagEff.54.5O0.17O3.57Acc.withTag2.00

O0.01

O0.201.04

O0.01

O0.100.41

O0.01

O0.04

7

; f

;

~ Ldt6.38

O0.04

O0.743.30

O0.03

O0.391.32

O0.02

O0.15

Estimaci´ondelosfondos:

-Mistags:sepredicenutilizandolamatrizdetagratenegativa

-non-W:sederivanapartirdelasregionescomplementariasde

E/

Gvsleptonisolation

-W+HF:seestimanutilizandoW+HFMCpara

extraerlasfraccionesdeHFapartirde

E;= MCylaseficienciasdeb-tag

ysenormalizanaW+jetspretagdata

-Diboson,ZandsingletopseobtienenapartirdeMC

(11)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

, JP

1%

TightCut(JP

t1%)SingleTagDoubleTag

_

$ `

$ (pb)8.91.0(stat)1.1(syst)11.1

'

) (stat)1.9(syst)

(12)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

, JP

5%

LooseCut(JP

t5%)SingleTagDoubleTag

_

$ `

$ (pb)9.6 )

'

(stat)1.2(syst)11.6 )

'

) (stat)1.9(syst)

(13)

Resumen

Sehadescritounalgoritmodeetiquetado(JP)basadoenlainformaci´ondelpar´ametrodeimpactodelastrazasyqueproporcionaunavariablecontinuacapazdediscriminarjetsconcontenidodesaborfuerte.

Secaracterizaelalgoritmomidiendo,apartirdedatos,sueficienciaymistagrates.Laeficienciaobtenidaparasucesos

(JP

t1%)esdel54.53.57%.

SehautilizadoestealgoritmoenlamuestradeLepton+Jetsparacalcularlasecci´oneficazdeproducci´on

_

pb(

r

)

Elvalorobtenidoescompatibleconotrasmedidas(yconelte´orico)conunerrortotaldel17%.

(14)

B A CK-UP SLIDES

ElTevatron:CadenadeAceleradores

ElTevatron:Luminosidad(RunII)

CDF

SistemadeReconstrucci´ondeTrazas

DetectoresdeSilicio

C´amaradeTrazas(COT)

SistemadeCalorimetr´ıa

SistemadeMuones ElAlgoritmoJetProbability

EficienciadeJetProbability

Deducci´ondelaExpresi´ondeJetProbability

Definici´ondelaMatrizdeTagRate

MedidadelaSecci´onEficazde

:ResumendeFondos

(15)

El T e v atr on: Cadena de Aceleradores

Cockcroft-Walton:Hgas

ionesH J,

x256.

Linac:Aceleradorlineal,x2,-H J

22u56.

Booster:Sincrotoncircular,R

y.-Separalose Jdelosprotones-

z

45

6.

MI:Sincrotoncircular,R

y.-36paquetesde

(

)con

&¡

x

2 LL

y ¡

x2 Ln

porpaquete-

x¢2456-

+Ni(fijo)

(z456)-¢

2

porcadax

2 p

-

£

x

2456

Tevatron:

-

£

¤z2456

(16)

El T e v atr on: Luminosidad (Run II)

!¦¥

§¨

"#©$ ª

¬«

'

),!

"#$ ª

®

, % '

)(ª

&%¯'

)encinta)

!

"#$ ª

//(objetivob´asico)-

(dise˜no)

, % '

)en2009?

(17)

C D F : Sistema de Reconstrucci ´on de T razas

Informaci´onconjuntadelaCOT+Detectoresdesilicio

AlgoritmosOI:reconstrucci´ondefuerahaciadentro

Informaci´ondelsilicioesa˜nadidaaladadaporlaCOT

95%deeficienciaenlareconstrucci´ondetrazasCOT(

r

+/

)

SiOIfalla,otrosalgoritmos(IO,...) °±²

0 1.0 2.0

01.02.03.0 ³´µ¶·¸¸

¹·µº

»´

¼·¸½

¾¿À

ÁÁ 3 30

ÂÃÄÅ

ÆÃÇÈ

ÉÊËÌÍÎÌÏÉÐËÌ

ÑÉÒÉ

ÓÔÊÒÐÕÌÍ

Ñ = 1.0

= 2.0

Ö × Ø Ù Ú Û Ü Ö Ý Þ ß Ú à á âÝ Ö ã Ö á

Ö × Ø Ù Ú Û Ü ä ß Ø á à × Þ ß Ú à á âÝ Ö ã Ö á

= 3.0 å m

m æ æ

çèéêë

ìì

(18)

C D F : Detectores de Silicio

Unionesp-n

Medidasmuyprecisasdelaposici´onycantidaddecargadepositadaporlaspart´ıculas *

trayectoria *

reconstrucci´ondev´ertices

Capa00:-1capaaunRª

-Resoluci´onª

SVXII:-5capasconc´entricascon

®

tí

t-Resoluci´onª

®

ISL:-1capacentralenRª

®®

-2forwardenRª

®y®

îï

ðñ

òóôõõ õ

òö

ö

÷

øùú

ûû

(19)

C D F : C ´amara de T razas (CO T)

C´amaradederivacil´ındrica(ü

,

í

¥"#

/

ýí

¥§¨

)

MezcladeArgon,EtanoyCF

þ(50:35:15) *

ÿ

k"§ ª

96capasconhilosen8supercapas

Capasaxialesyestereo *

info3D -muyprecisaen *

(

r)

-...peronotantoen

*

(

)

Resoluci´onª

/

q

G

}

G

(20)

C D F : Sistema de Calorimetr ´ıa

Midelaenerg´ıadelaspart´ıculasqueloatraviesan

Capassucesivasdematerialcentelleadoryabsorbente(Pb,Fe)

Calor´ımetroselectromagn´eticosseguidosporloshadr´onicos

Geometr´ıaproyectiva:torresen

y

hacialaregi´ondeinteracci´on

-Cobertura:®en

y

t

ResolucionCEM

)

G

Dosregiones:central(

t)yplug(

t)

48m´odulosenformadecu˜nade15 en

con10torresde0.1en

(21)

C D F : Sistema de Muones

Muonesdealtomomentodejantrazasenelsistemadetrazasperodepositanmuypocaenerg´ıaenelcalor´ımetro

C´amarasdederivaycentelleadoresenlapartem´asexternadeCDF

Cuatrosistemas:CMU(

t),CMP,CMXeIMU

CMU:inmediatamentedespu´esdelcalor´ımetrohadr´onico.Argon+Etanoal50%conunpocodealcohol

CMPtambi´enc´amarasdederiva

CMX:c´amarasdederiva+capascentelleadoras

IMU:instaladoenelRunII,

+

(22)

El Algoritmo Jet Pr obability

Significanciadelpar´ametrodeimpactodeunatraza:

v

>

Seajustaladistribucióndelasignificanciadelparámetrodeimpactodelastrazasparaobtenerunafunciónderesolución,

(diferenteparadatosyMC)

Lapartenegativade

seutilizaparadeterminarlaprobabilidad(

;R

n

)dequelasignificanciadelpar´ametrodeimpacto(

n)deunatrazadadaseadebida´unicamenteaefectosderesoluci´ondeldetector

;R

n

v J

l

nl

J

8

n

J

8

Laprobabilidaddequeunjetseaconsistenteconunahip´otesisdevidamedianulasedefinecomo

S -40-30-20-10010203040 1 10 10 2 10 3 10 4

;R

!"

L

;R# ;R J

L

S"

n

%$

&'

( ;R

!"

L

;R

S

)*

(23)

Deducci ´on de la Expresi ´on de Jet Pr obability

Seaunjetcon2trazasconpar´ametrodeimpactopositivocuyasprobabilidadesson

+

)y

+

ysea

,-

+

) «

+

0

.+

".1i=1,2

/0

.,

.1

El´areadebajoyalaizquierdadelacurvadeprobabilidadconstante

,eselconjuntodecombinaciones,paralas2trazas,detenerunaprobabilidadmenoroigualque,.Yeste´areasedefinecomoJetProbability,+

0$

1+

0$

2

3

ý 2

, «

1

3

4 ¨5

)

¨5

6,

87

89

7

4 ¨5

)

¨5

6 6

¨ 97*

,ü,

/+

0$

,

*

ü

,

Engeneral,sedemustrainductivamenteque

+

0$ a

;R

:5

) +

$

<;

a

;R '

)

5

*

=

> a

;R

:5

) +

$

?

1P 00.20.40.60.81

P2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

2 P 1 K = P

@ ,

(24)

Eficiencia de Jet Pr obability

Paralamedidaseutilizaunamuestradedatosinclusivadeelectronesde

s8puesest´aenriquecidaconHFdebidoalosdesintegracionessemilept´onicasdeB

M´etododeetiquetado´unico:A a

E

C '

a J

E

C

a

E

C « )

B

C-Desventaja:confiaenlacorrectadeterminaci´ondelafracci´ondesaborfuerteenlamuestra

Elc´alculodelcontenidodesaborfuerteeneljet(D

c)hadesercorregidoporlacontribuci´ondecharm(estimadaenMC):D

c

D

E

F

G

HE

-D

EapartirdedecaimientosI

,

:D

E a

n

a

E

C « )

e

n

-D

Eapartirdecascadasdemuones:seseleccionanhadronesbcon2decaimientossemilept´onicos(bcX)emitiendounpare-concargaopuesta:

D

E )

e

J a J

E

C

KMLN

O '

a J

E

C KNN

O

a

E

C

(25)

Eficiencia de Jet Pr obability

PM´etododeetiquetadodoble:Muestradesucesoscon2jets.Comolosquarksconsaborfuerteseproducenprincipalmenteenpares,elcontenidodesaborfuerteenunjetseveenriquecidopidiendoqueel“otro”jet(awayjet)seaidentificado

A Ka E

:

'

a EJ

:

O '

Ka E

:J '

a EJ

:J

O

a

:

'

a

:J « )

B :

C

-estad´ısticalimitadaencomparaciónconelmétododeetiquetadoúnico

-esnecesariocorregirporlafracci´ondesucesosdondeelawayjetesidentificadoperoeljet“se˜nal”esLF

-dependeenmenormedidadeF

c,dandolugaraunerrorm´aspeque˜noyaqueF

cnoseconocemuybien

(26)

Eficiencia de Jet Pr obability

PEficienciadeetiquetarb-jetsenunamuestradetopMonteCarlo.Lasbandasrepresentanelerrorsistem´aticoenlosfactoresdeescaladatos/MC

jet pseudorapidity

Q 00.20.40.60.811.21.41.61.82

b-tag efficiency

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Jet Probability < 5%

RJet Probability < 1%

R

Top MC scaled to match data

Only b-jets with Et>15 GeV JetProb Tag Efficiency for Top b-Jets

(GeV)Tjet E 20406080100120140160180

b-tag efficiency

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8Jet Probability < 5%^RJet Probability < 1%R

Top MC scaled to match data

Only b-jets with pseudorapidity<1 JetProb Tag Efficiency for Top b-Jets

(27)

Definici ´on de la Matriz T a g Rate

BinS

T(GeV)Trk.Mult.

U S jets

T (GeV)

VW

V

VYX

vtx

V (cm)

Z1[0,20)2[0,80)[0,1.0)[0,10)

[]\

^

_`ba

^

_`c2[20,35)3[80,140)

dfe

g

h[10,20)

[ ^

_`a i^

_`c3[35,50)4,5[140,220)[20,40)

[ i^

_`a j^

_`c4[50,65)6,7

dfk

k

h[40,50)

[ j^

_`a l^

_`c5[65,80)8,9[50,60)

[ l^

_`a m^

_`c6[80,100)10-13

don

h

[ m^

_`a __^

_`c7[100,120)

dep

[ __

^

_`a _

i^

_`c8[120,150)

[ _i^

_`a _j^

_`c9[150,180)

[ _

j^

_`a _

l^ _`c10

d e

qh

[ _

l^

_`a _

m^

_`c11

[ _m^

_`a `_^

_`c12

[ `_^

_`a `

i^

_`c

EN EL DETECT OR C D F Y MEDID A DE LA SECCI ´ON EFICAZ DE PR ODUCCI ´ON

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