etude dun canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur cms au futur collisioneur...
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Etude d’un canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur
collisioneur LHC Alexandre Mollet
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Présentation
• Le contexte– Le LHC– L’expérience CMS (Compact Muon Solenoid)– Pourquoi la super-symétrie (SUSY)? – Notre canal de désintégration
• Les simulations– La reconstruction – Les graphiques de masse invariante– Paramètres de la reconstruction
• Perspectives de travail
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Le LHC
• Un accélérateur sur la fontière Franco-suisse!
• Quelques Chiffres:– Energie dans le centre de masse de 7 TeV + 7 TeV– Circonférence de 26 km 650 !– 0.4 1011 particules par paquet– 2808 paquets!– Fréquence de croisements: 40 MHz– 109 collisions p-p par secondes
CMS
AtlasAlice
LHC-b
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L’expérience CMS
• Une des 2 plus grandes expériences du futur LHC (4 en tout) dédiées à la découverte du boson de Higgs
• Ses mensurations:– 16 millions de voie individuelle de détection– Longeur = 21.6 m Rayon externe = 7.5 m Poids
= 14 500 Tonnes– 2000 scientifiques et 160 instituts
• Composition du détecteur:– Un trajectographe– Un calorimètre électromagnétique– Un calorimètre hadronique– Un aimant– Un système de mesures des muons
Longueur : 20 mHauteur : 15 mPoids : 14 000 tCanaux électroniques : 108
Coût : 500 MCHF (325 M€)
TrackerSiliciumPixel + Strips
ECALCristal scintillant(PbWO4)
HCALCu+scintallateur
Chambre à muons
SolenoïdeB = 4 T
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Pourquoi la SUper SYmétrie?
• Le boson de Higgs:– La théorie du Modèle Standard nécessite son
introduction pour conférer la masse aux particules– Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir
entr 80 Gev et 1 Tev
• La SUper SYmétrie: – MS à basse énergie!– Existence de partenaires super symétriques pour chaque
particule:
particule p de spin s superpartenaire de spin s-1/2– Extension minimale du SM est le MSSMMotivations
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Pourquoi la SUper SYmétrie?
• Le boson de Higgs:– La théorie du Modèle Standard nécessite son
introduction pour conférer la masse aux particules– Le détecteur CMS a été optimisé pour le découvrir
entr 80 Gev et 1 Tev
• La SUper SYmétrie: – Existence de partenaires super symétriques pour chaque
particule avec spin ½– Extension minimale du SM est le MSSM
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Présentation
• MSUGRA– Hypothèse de Modèle à Grande Unification:– Unification de la masse des Gauginos – Unification de la masse des scalaires– Unification de la constante de couplage trilinéaire
• Point SUSY retenu– m1/2 = 360 GeV
– m0 = 230 GeV
– A0 = 0
– tan b = 10 – sign(µ) >0.
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Notre canal de désintégration
• Voici notre la canal de désintégration que je vais étudier:
h bb
• Ses caractéristiques:
- Le neutralino est 1 est stable et interagit très peu. De plus, il est très massif. grande énergie manquante.
- Désintégration en jet de b. Donc, possibilité de calculer la masse invariante du Higgs en ayant E et p des jets de b reconstruits.
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Notre canal de désintégration
Résumé:
0,± 0 0 0 0L 1,2 2 1
0 0 0 0 0 + -L 2 2 1
0 0 + -R 1
q χ + q ~85% χ χ + h 85% h b+b 72%
q χ + q 20-25% χ χ + Z 12% h W +W 9%
q χ +q 99% h τ +τ 9%
Rapport de branchement
Signature :
h0
01χ LSP
MET
b
bB tagging
02χ
q / g
20 % d’évènements interessants
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Les évènements
• Création des évènements:
Ntuplesignal
Ntupleminbias
OSCAR 3
HEPEVTNtuple
ORCA 8
POOLSimHits/minbias
POOLSimHits/signal POOL
DigisDST
OSCAR SimReader RecReader
MC generator
CMKIN
Production
Production User
1)digitization
“data summary tape”
ROOTTree
RecReader
3)analysis2)reconstruction
NEW
Pool Of persistent Objects for LHC
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La reconstruction
• ORCA:– Digitalise la réponse électronique du détecteur – Et reconstruit de l’évènement: …– En sortie, nous avons comme les informations sur:
• Les évènements simulés
• Les évènements reconstruits
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La reconstruction
• La reconstruction des jets:– Outpout ORCA: Fichiers ROOT– Pour obtenir ces fichiers ROOT : – Choix d’un algorithme de reconstruction: taille de
cones, énergie déposée dans le calorimètre
• Le “b-tagging”: – Une fois un jet reconstruit, il faut voir si ce jet provient
d’un b ou pas! Problème d’efficacité du b-tagging
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Type de résultats attendus
La masse invariante du Higgs:
__ MC
_ _ Rec
- Reconstruction « Standard »:
- Sans calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
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Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
- Reconstruction « Standard »:
- Sans calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
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Bruit de fond
3 types de BF jouent ici:
1) SUSY: sb b ; t W b ; Z0 b b
2) Combinatoire: Si on a 4 jets 6 Minv
3) SM: t W b ; Z0 b b (négligeable)
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Premiers résultats
Résumé sous forme de tableau:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 N -19,9 38.5 82 GeV
Regardons ce qui se passe quand ces paramètres varient
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Premiers résultats
Ajoutons la correction en énergie
Recentrage du pic
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Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
- Reconstruction « Standard »:
- Avec calibration
-IC (Iterative Counter)
-Cone de 0.5
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Premiers résultats
Résumé sous forme de tableau:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 NO -19,9 38.5 82 GeVIC 0.5 YES 7,8 32,2 115 GeV
Amélioration certaine de la calibration
Léger décalage vers la droite
Affinement du pic
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Premiers résultats
Changeons la taille du cône
Trop grand décalage car correction inadéquate
Cone de 0,7
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Premiers résultats
Changeons l’algorithme de reconstruction:
Correction inadaptée
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Premiers résultats
Tableau Récapitulatif:
Algo Cône calib. RMS MinvIC 0.5 NO -19,9 38.5 82 GeVIC 0.5 YES 7,8 32.2 115 GeVIC 0.7 YES 15.2 33.4 128 GeVKT 0.5 YES 23.1 32.6 129 GeV
Espace des phases gigantesques
Mais voici le vrai problème à résoudre…
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Premiers résultats
Masse invariante suite à la recombinaison des jets:
Toutes les paires de jets !
Nécessité d’optimiser la reconstruction des jets
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Type de résultats attendus
Les écarts en énergie et impulsion:
Grands écarts d’énergie
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“b-tagging”
Une des sources d’erreur dans la reconstruction est:
- le tagging des jets b en jets de b
- le tagging des autres jets en jets de b
Efficacité du "b-tagging"
05000
1000015000200002500030000350004000045000
u d s c b b fromh
Différents types de jets
Nombre de jets
Nombre de jets taggésen b
57%
Comparaison efficacité b tagging
0
10
20
30
40
50
60
u d s c b b from h
Cone 0.5
Cone 0.7
!!! Sans jouer sur le « b_tagging »
Nécessité d’optimiser le b tagging
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Perspectives de travail
• Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres
• Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo – Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est
bonne ou pas– Justification plus théorique – Faire un “fit” de mon pic, améliorer la qualité du pic et
enfin calculer la significance
![Page 27: Etude dun canal de désintégration supersymétrique dans le détecteur CMS au futur collisioneur LHC Alexandre Mollet](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062511/551d9da4497959293b8d5071/html5/thumbnails/27.jpg)
Perspectives de travail
• Une meilleure compréhension des codes de reconstruction pour affiner mes choix de paramètres
• Trouver la configuration idéale pour mettre en évidence un Higgs à 116 Gev comme le prédit les simulations Monte Carlo – Comprendre pourquoi telle ou telle configuration est
bonne ou pas– Justification plus théorique – Faire un “fit” de mon pic, améliorer la qualité du pic et
enfin calculer la significance
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Un vrai puzzle…