Physique du top à CDF€¦ · LEP electroweak WG (’04) Run I: mt = 178.0±4.3 GeV/c2 㱺 mH =...

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


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


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~~-


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


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+

-


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


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


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


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


“Collider Detector at Fermilab”

11

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


Détecteur de Vertex au Silicium

12

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


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


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


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...).

15

Interaction Point

Impact Parameter d0

SVXL00+SVX

(largeur du faisceau incluse, ≈ 30 μm)


Mesure de la section efficace de production avec b-tagging

16

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).


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±⎨


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.


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


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


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)%


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.


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


Erreurs systématiques

e + μ


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


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-- -


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 :


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


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

"


) 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


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


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

!


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


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)


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


(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


1 ou 2 jets (contrôle)

≥3 jets (signal top)


Mesures de la section efficace au Run II

30

Différents canaux et techniques

Hadronique

Lepton + jets

Dilepton

}


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)


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


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


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


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


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


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):


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


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...


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


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


Data

Pythia

Herwig


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)


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)


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


Appendice

43


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

Physique du top à CDF€¦ · LEP electroweak WG (’04) Run I: mt = 178.0±4.3 GeV/c2 㱺 mH =...

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