stato attuale e prospettive future dello studio z+ b-jet s.diglio, a.tonazzo, m.verducci università...

Stato attuale e Stato attuale e prospettive prospettive future dello future dello

studio Z+ b-jetstudio Z+ b-jetS.Diglio, A.Tonazzo, S.Diglio, A.Tonazzo,

M.VerducciM.VerducciUniversità Roma Tre e INFNUniversità Roma Tre e INFN

ATLAS ITALIA Physics Workshop Milano 2006

attualmente all’ Universitè de Paris attualmente al CERN

1 2

1 2

ATLAS ITALIA Physics Workshop 2006

2Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet

SommarioSommario

Motivazioni di interesse per il canale Motivazioni di interesse per il canale ZZ+b+b

Risultati preliminariRisultati preliminari (ATLFAST & Ricostruzione Completa DC2)(ATLFAST & Ricostruzione Completa DC2)

-- inclusive jetinclusive jet b-tagging b-tagging

- - soft muon taggingsoft muon tagging

Effetti sistematiciEffetti sistematici Prospettive futureProspettive future



Motivazioni di interesse Motivazioni di interesse per lo studio del canale per lo studio del canale

Z+bZ+b• Informazioni sulla funzione

di densità partonica del quark b (PDF)

(F.Maltoni et al. Phys.Rev.D69:074021,2004)

• Fondo alla ricerca dell’Higgs supersimmetrico (h)

(F.Maltoni et al. Phys.Rev.D67:095002,2003)

1 solojet

• Fondo alla ricerca dell’Higgs nel MS (H)



Importanza delle PDFImportanza delle PDFLe PDF sono parametrizzazioni del contenuto di partoni nel protone

PDF

X1 e X2 : frazioni quadri-impulso trasportato dai partoni

: energia trasferita nell’interazione

Sezione d’urto di collisione H1 e H2

Sez urtopartoniche

PDF

CONVOLUZIONE

Le PDF sono fondamentali per le sez. d’urto di processi a LHC

fi (x1,efj (x2 H1 H2

HH

fi (x1, fj (x2



Perche’ vogliamo misurare la Perche’ vogliamo misurare la PDF del b?PDF del b?

L’incertezza sulla sez. L’incertezza sulla sez. d’urto di produzione della Z d’urto di produzione della Z è dominata dall’incertezza è dominata dall’incertezza sulla PDFsulla PDF

g g g g → b b b b → Z Z ~ ~ 5 %5 % intera intera produzione di Z a LHCproduzione di Z a LHC

Misure attuali di HERAJ.M.Butterworth [arXiv:hep-ex/0601005]

_

Necessità della misura della PDF del b



Regime cinematico Regime cinematico accessibile a LHCaccessibile a LHC

z

z

pE

pEy ln

2

1

|y|< 2.5 (regione misurabile) 10 < x < 0.1-4

Contributo principale alle sez. d’urto da quark del mare e gluoni(diversamente dal TEVATRON)

Per Q ~ M~ MZ ~ 100 GeV ~ 100 GeV il contributo dominante è dato dai gluoni

gluon splitting g → qq

La precisione sulla conoscenza della Z dipende

dall’incertezza sulla distribuzione di momento dei gluoni

_

L’incertezza sulla PDF del b deriva da quella sulla PDF del g



Predizioni a LHC e al Predizioni a LHC e al TevatronTevatronF.Maltoni et al. Phys.Rev. D69:074021,2004 [arXiv:hep-ph/0312024]

A LHC le misure Z+b sono più significative che al Tevatron perchè:

• a LHC il fondo è 15 volte il segnale , al Tevatron il fondo è 75 volte il segnale• a LHC Zbb è ~5% del segnale , al Tevatron Zbb è ~50% del segnale• Maggiore luminosità a LHC



D0 ha misurato (→ Phys.Rev.Lett.94:161801,2005)

(Z+b)/(Z+jet)(Ecm=1.96 TeV, Lint=184 pb )

TEORIA NLO (F.Maltoni et al.)

ESPERIMENTO

Algoritmo di analisi• Selezione eventi Z+jet con Z→ e e o Z → • Applicazione b-tagging• Calcolo numero eventi contenenti quark b, c o leggeri (assumendo Nc/Nb dalla teoria)

Misura di Zb/Zj al Tevatron Misura di Zb/Zj al Tevatron dall’esperimento D0dall’esperimento D0

-1

0.0050.004

( )0.024 0.005( ) ( )

( )

Z bstat sist

Z j

( )0.018 0.004

( )

Z b

Z j

+ -+ -

Principali sorgenti di errori sistematici efficienze di tagging b e c stima del fondo incertezza teorica su (Z+b)/(Z+jet)



Analisi preliminare del Analisi preliminare del canale Z+bcanale Z+b

Generazione con Generazione con PYTHIAPYTHIA 6.26.2 di: di:• un campione di eventi un campione di eventi Z+jet Z+jet (di qualunque flavour)(di qualunque flavour) su tutto

l’angolo solido con Z con Z → • un campione di eventiun campione di eventi W+jetW+jet ( (→→ per stimare il mistagging) per stimare il mistagging) Prima analisi con il simulatore veloce della risposta del Prima analisi con il simulatore veloce della risposta del

rivelatore : rivelatore : ATLFASTATLFAST Ricostruzione completaRicostruzione completa :: DC2 DC2 usando i pacchetti MUID

(MOORE), BTag, Tile Muid Attualmente in corso: analisi preliminare con la simulazione

completa Rome Layout usando i pacchetti MUID (MOORE), BTag, Tile Muid

+ -

1. Theoretical review of various approaches in heavy quark production: HERA-LHC Workshop [hep-ph/0601012-3]

2. A preliminary study of Z+b production at LHC: [ATL-COM-PHYS-2004-078]

3. Studio preliminare del canale Z+b all’esperimento ATLAS a LHC: tesi S.Diglio4. b-quark production in assosiation with a Z boson at the LHC: a selection study with three muons in the

ATLAS Spectrometer: PH.D.Thesis M.Verducci (2004)



Definizione di segnale e Definizione di segnale e fondofondo Fondi

Z+c

Z+q o Z+g

Z+QQ

Segnale

Un quark Un quark bb prodotto in prodotto in associazione a uno associazione a uno ZZ

Impulso trasverso del Impulso trasverso del quark quark bb: : pt > 15 pt > 15 GeV GeV

Pseudorapidità del quark Pseudorapidità del quark bb::

|||< 2.5|< 2.5

quark c, leggeri e g con: pt > 15 GeV pt > 15 GeV ee 2.5 2.5

Q = c , b

_



Selezione del campione Selezione del campione Z+bZ+b

Presenza di almeno Presenza di almeno due muonidue muoni isolatiisolati con con:: -- carica oppostacarica opposta

-- impulso trasverso: p impulso trasverso: ptt > 20 GeV > 20 GeV

-- accettanza: |accettanza: ||< 2.5|< 2.5

-- intervallo di massa invariante 80 GeV < Mintervallo di massa invariante 80 GeV < M < 105 GeV < 105 GeV

Sono stati utilizzati Sono stati utilizzati due algoritmi di b-tagging:due algoritmi di b-tagging:-- inclusive jetinclusive jet b-tagging b-tagging -- soft muon taggingsoft muon tagging

Tenendo conto solo di Z→è stata richiesta:+ -

A seguito di queste selezioni il campione è ridotto a ~ 50 % degli eventi totali generati

( e e ppt t : stesso contributo alla riduzione del campione)



Inclusive jet b-Inclusive jet b-taggingtagging & & soft muon taggingsoft muon tagging

b : efficienze di selezione del segnale c e other: probabilità di mis-tagging (calcolate dal MC) (calcolate dal MC)

otherintPythiaotherother

cinttablecc

binttablebb

)(

)(

)(

LZBRN

LZBRN

LZBRN

Numero eventi di segnale e di fondo attesi per Lint = 10 fb ( 1 anno alla luminosità iniziale di LHC 10 cm s )

-1

-2 -133



Incl b-Incl b-tagtag & & soft muon soft muon taggingtagging

b jetb jet c jetc jet tottot purezzapurezza

PtPt >4GeV>4GeV

13990 6270 20260 ~ 69%

Pt(jet)>15Pt(jet)>15GeVGeV

4950049500 1740017400 116401164000

~ 43%43%

DC 2 RICOSTRUZIONE COMPLETA

Inclusive jet b-Inclusive jet b-taggingtagging

Numero eventi di segnale e di fondo attesi per Lint = 10 fb -1

Pt jet da b-tag (GeV)N

um

ero

di e

ven

ti Distribuzione in Pt dei jet

Z+jet

Z+b

b jetb jet c jetc jet tottot purezzpurezzaa

PtPt >4GeV>4GeV

52505250 13001300 15150

~ 35% 35%

Pt(jet)>25Pt(jet)>25GeVGeV

3880038800 1030010300 7310731000

~ 53% 53%

ATLFAST

Inclusive jet b-Inclusive jet b-taggingtagging

Soft muon Soft muon taggingtaggingmistagging sui non incluso

Soft muon Soft muon tagging: tagging: LowPtMuid non inclusoLowPtMuid non incluso

→ miglioramento algoritmo di muoni soffici



Ricostruzione completa: Ricostruzione completa: Rome LayoutRome Layout

Z+jet

Z+b

Ricostruzione completaRome Layout

PRELIMINARE: attualmente in corso

massa (GeV)

Nu

mero

eve

nti

Massa invariante della Z



Effetti sistematiciEffetti sistematici

Efficienza di b-taggingEfficienza di b-taggingUna verifica del valore di efficienza di b-tagging potrà essere Una verifica del valore di efficienza di b-tagging potrà essere fatta utilizzando un campione arricchito in segnale :fatta utilizzando un campione arricchito in segnale :

sulla base dell’esperienza al Tevatron e a LEP ci si attende sulla base dell’esperienza al Tevatron e a LEP ci si attende Δεb/εb = 5% [HERA-LHC Workshop Maggio 2005].

Fondo dovuto al mistaggingFondo dovuto al mistaggingUna verifica sugli eventi di fondo è stata fatta utilizzando un Una verifica sugli eventi di fondo è stata fatta utilizzando un campione dove non fossero presenti b-jet : campione dove non fossero presenti b-jet : campione di eventicampione di eventi W + jet

Ricostruzione dei jet e risoluzione in energiaRicostruzione dei jet e risoluzione in energia (non (non valutate in questa analisi)valutate in questa analisi)

Le incertezze sulla misura saranno dominate da errori sistematici



Background with error

Relative error on number of mistagged jets per 2-GeV bin

Signal+Background

Background with error

Z+b selected events in 10 fb-1Z+b selected events in 10 fb-1L’errore relativo sul fondo dovuto al mistagging può essere mantenuto a livello di qualche % in

ogni bin dell’intervallo di pt

Pt in 2 GeV binsPt in 2 GeV bins

Rel

ativ

e er

ror

on b

kg

Eve

nts

in 2

GeV

bin

Eventi W + jetEventi W + jet

Al primo ordine non sono presenti jet provenienti da un quark b I jet coprono tutto l’intervallo di pt coperto dal segnale



ConclusioniConclusioni Sono state valutate le efficienze di selezione del Sono state valutate le efficienze di selezione del

canale Z+b con due metodi indipendenti di canale Z+b con due metodi indipendenti di taggingtagging

Per Per Lint = 10 fb sarà possibile studiare il sarà possibile studiare il canale Z+b con alta statistica e buona purezza canale Z+b con alta statistica e buona purezza

La precisione delle misure sarà limitata da errori La precisione delle misure sarà limitata da errori sistematici :sistematici :• sarà possibile controllare effetti sistematici direttamente dai datiarà possibile controllare effetti sistematici direttamente dai dati : :

-- stima del fondo stima del fondo → campioni W+jetcampioni W+jet

-- valutazione efficienza di b-tagging valutazione efficienza di b-tagging → campioni arricchiti in segnalecampioni arricchiti in segnale

• ricostruzione dei jets e risoluzione in energiaricostruzione dei jets e risoluzione in energia

• la complementarità dei due metodi di analisi la complementarità dei due metodi di analisi

((inclusive b-tagginginclusive b-tagging e e soft muon taggingsoft muon tagging) )

può fornire un utile mezzo per controllare le sistematichepuò fornire un utile mezzo per controllare le sistematiche

-1



Work in progress …Work in progress …

Controllo dei risultati di Roma con il nuovo Controllo dei risultati di Roma con il nuovo layout Rome-layout Rome-simulationsimulation, sia per il segnale che per le sistematiche :, sia per il segnale che per le sistematiche :1.5 M Z+jet con Z 1.5 M Z+jet con Z → 1.6 M W+jet con W 1.6 M W+jet con W → l

Analisi con Analisi con tool ufficiali: produzione di : produzione di AODAOD a partire dai dati a partire dai dati con la simulazione completa con la simulazione completa → sottomissione dei job su sottomissione dei job su GRIDGRID

Miglioramento dell’algoritmo di soft muon tagging in Miglioramento dell’algoritmo di soft muon tagging in AthenaAthena Distribuzioni di pt dei jet per differenti set di PDFDistribuzioni di pt dei jet per differenti set di PDF Contributo del trigger alle efficienze di selezione di segnale e Contributo del trigger alle efficienze di selezione di segnale e

fondi fondi Studi di distribuzioni differenziali: misura della sezione d’urto Studi di distribuzioni differenziali: misura della sezione d’urto

del bosone Z in funzione di del bosone Z in funzione di e e ppt t

→ misura della PDF del b come funzione della frazione di momento x trasportata dal partone

Richiesta di produzione di nuovi campioni MC su cui effettuare Richiesta di produzione di nuovi campioni MC su cui effettuare l’analisil’analisi

S. Diglio, A. Farilla, A. Passeri, A. Tonazzo, M.Verducci

Generazione: PythiaSimulazione e digitizzazione:Rome Detector Setup 9.0.4Ricostruzione: 10.0.4

+ -



Efficienze e probabilità di Efficienze e probabilità di mistagmistag

(ATLFAST)(ATLFAST)

INCLUSIVE B-TAGGING: Z+b

Soft muon tag

INCLUSIVE B-TAGGING:b-jet



selezione campioneselezione campione(ATLFAST incl b-tag)(ATLFAST incl b-tag)

2 muoni carica oppost

a

pt > 20 pt > 20 GeVGeV

80 < M80 < M < < 105 GeV105 GeV b-jet

efficienze 26% 18% 9% 30%30%



Distribuzione di pt di eventi Distribuzione di pt di eventi selezionati Z+b (ATLFAST)selezionati Z+b (ATLFAST)

SEGNALE FONDO(mistag)



gb gb → hb hb

stato attuale e prospettive future dello studio z+ b-jet s.diglio, a.tonazzo, m.verducci università...

Documents

z e e o z applicazione

lhc g g b b z

b slide

misure z

z boson

bjet motivazioni

b sono

b production