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

Texto completo

(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´ısicam´asall´adelModeloEstandard-Debidoasupeque˜navidamedia,decaeantesdehadronizar-´Ultimoquarkenserdescubierto(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

formam´asflexibledeentenderlacomposici´ondelamuestraoptimizandoelcortedeJP-JPsepuedeoptimizardeformadiferentedependiendodeltipodean´alisis

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20052

(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)

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20053

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20054

(6)

El Algoritmo Jet Pr obability

Loshadronesconsaborfuertetienenunavidamedialargayviajanunadistanciadetectableantesdedesintegrarse,dandolugarav´ertices(ytrazas)desplazadosdelv´erticeprimario

JPesunalgoritmoquesirveparadeterminarsiunjetsehaproducidoenelv´erticeprimariodelainteracci´onosiprovienedelahadronizaci´ondeunquarkconsaborfuerte

F´ısicamente,representalaprobabilidaddequeunjetsehayaproducidoenelv´erticeprimariodelainteracci´on

Probabilidaduniformeparalightquarkorgluonjetsyconunpicoen0parajetsquecontienentrazasdesplazadasdebidoadesintegracionesdeHF

Seutilizaunpar´ametrodeimpactoconsigno:D

00sielpuntodem´aximaaproximaci´onalv´erticeprimarioest´aenlamismadirecci´onqueladirecci´ondeljet(cos

102)

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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20055

(7)

Eficiencia de Jet Pr obability

Paralamedidaseutilizaunamuestradedatosinclusivadeelectronesde

38456puesest´aenriquecidaconHFdebidoalosdesintegracionessemilept´onicasdeB

Puestoquetambi´enutilizamosMCenelan´alisis,semidelaeficienciaenMCy,despu´es,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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20056

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20057

(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:

-1lept´on(electr´onomu´on)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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20058

(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 €

‚ƒ

€

„

E;= MCylaseficienciasdeb-tag

ysenormalizanaW+jetspretagdata

-Diboson,Z……andsingletopseobtienenapartirdeMC

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,20059

(11)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

, JP

†

1%

TightCut(JP

t1%)SingleTagDoubleTag

_

$ `

$ (pb)8.9‡1.0(stat)‡1.1(syst)11.1 ˆ‰Š

‹

'

)ŠŒ (stat)‡1.9(syst)

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200510

(12)

Medida de la Secci ´on Eficaz de

] ^

]

, JP

†

5%

LooseCut(JP

t5%)SingleTagDoubleTag

_

$ `

$ (pb)9.6 ˆ)Š



'

ŠŒ (stat)‡1.2(syst)11.6 ˆ)Š

Ž

'

)Š (stat)‡1.9(syst)

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200511

(13)

Resumen

Sehadescritounalgoritmodeetiquetado(JP)basadoenlainformaci´ondelpar´ametrodeimpactodelastrazasyqueproporcionaunavariablecontinuacapazdediscriminarjetsconcontenidodesaborfuerte.

Secaracterizaelalgoritmomidiendo,apartirdedatos,sueficienciaymistagrates.Laeficienciaobtenidaparasucesos 

(JP

t1%)esdel54.5‡3.57%.

SehautilizadoestealgoritmoenlamuestradeLepton+Jetsparacalcularlasecci´oneficazdeproducci´on

 



_



‡



 

’ ‡

 

“ 

’ pb(”

r•

– 



—

˜š™

‰)

Elvalorobtenidoescompatibleconotrasmedidas(yconelte´orico)conunerrortotaldel17%.

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200512

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200513

(15)

El T e v atr on: Cadena de Aceleradores

Cockcroft-Walton:Hgas

ionesH J,

xœ256.

Linac:Aceleradorlineal,xœ2ž,-H J

22u56.

Booster:Sincrotoncircular,R

 yž.-Separalose Jdelosprotones-

z

45

6.

MI:Sincrotoncircular,R

Ÿ

yœž.-36paquetesde

(

)con

 &¡

x

2 LL

y ¡

x2 Ln

porpaquete-

2456-

+Ni(fijo)

(z456)-¢

2

porcadax

2 p

-

x

œ2456

Tevatron:

-

¤z2456

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200514

(16)

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



!¦¥

§¨

"#©$ ª



¬«

 ‹‰

™­ '

‰

 '

),!

"#$ ª

®

, % '

)(ª



&%¯'

)encinta)



!

"#$ ª

//(objetivob´asico)-

(dise˜no)

, % '

)en2009?

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200515

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200516

(18)

C D F : Detectores de Silicio

Unionesp-n

Medidasmuyprecisasdelaposici´onycantidaddecargadepositadaporlaspart´ıculas *

trayectoria *

reconstrucci´ondev´ertices

Capa00:-1capaaunRª



—™­-Resoluci´onª



­

SVXII:-5capasconc´entricascon

®™­

t™­-Resoluci´onª

®

­

ISL:-1capacentralenRª

®®

™­-2forwardenRª

®y®™­

îï

ðñ

òóôõõ õ

òö

ö

÷

øùú

ûû

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200517

(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 





EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200518

(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



—

 )‹Š

 

G

Dosregiones:central(

t)yplug(

t)

48m´odulosenformadecu˜nade15 en

 con10torresde0.1en

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200519

(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,

+

+



EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200520

(22)

El Algoritmo Jet Pr obability

Significanciadelpar´ametrodeimpactodeunatraza:

v



>



Seajustaladistribuci´ondelasignificanciadelpar´ametrodeimpactodelastrazasparaobtenerunafunci´onderesoluci´on,



 

 (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

)*

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200521

(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

@ ,

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200522

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200523

(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´ısticalimitadaencomparaci´onconelm´etododeetiquetado´unico

-esnecesariocorregirporlafracci´ondesucesosdondeelawayjetesidentificadoperoeljet“se˜nal”esLF

-dependeenmenormedidadeF

c,dandolugaraunerrorm´aspeque˜noyaqueF

cnoseconocemuybien

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200524

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200525

(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

EnriquePalenciaCortez´on,IFCA13deSeptiembre,200526

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