II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI ALGORITMI PER LA RICOSTRUZIONE E LA CALIBRAZIONE DI JET E E T IN ATLAS E CMS.

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1 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI ALGORITMI PER LA RICOSTRUZIONE E LA CALIBRAZIONE DI JET E E T IN ATLAS E CMS

2 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Sommario Fisica dei jet Ricostruzione e risoluzione dei jet: calibrazione calorimetri algoritmi per la ricostruzione di jet calibrazione in situ Ricostruzione e risoluzione di E T miss

3 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Fisica dei Jet I partoni dello stato finale producono jet collimati di particelle la cui energia è misurata nei calorimetri. Gli sciami adronici sono composti : energia EM (π 0 γ γ); energia non EM visibile (dE/dx da π, μ,…) energia invisibile (eccitazioni nucleari, …) energia che sfugge (ν). Un algoritmo ideale permette di associare il deposito di energia nelle celle calorimetriche ai partoni dello stato finale. generazione ricostruzione

4 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Sistema calorimetrico di ATLAS Tile Calorimeters Electromagnetic Liquid Argon Calorimeters Forward Liquid Argon Calorimeters η=1.475 η=1.8 η=3.2 Hadronic Liquid Argon EndCap Calorimeters EM LAr | | < 3 : Pb/LAr 24-26 X 0 3 sezioni longitudinali 1.2 = 0.025 0.025 – 1% equal. Central Hadronic | | < 1.7 : Fe(82%)/scintillatore(18%) 3 sezioni longitudinali 7.2 = 0.1 0.1 End Cap Hadronic 1.7 < < 3.2 : Cu/LAr – 4 sezioni longitudinali < 0.2 0.2 Forward calorimeter 3 < < 4.9 : EM Cu/LAr – HAD W/LAr 3 sezioni longitudinali

5 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Sistema calorimetrico di CMS EM calorimeter | | < 3 : PbW0 4 crystals 1 sezione longitudinale 1.1, = 0.0174 0.0174 Central Hadronic | | < 1.7 : Cu(70%)+Zn(30%)/scintillatore+WLS 2 + 1 (HO) sezioni longitudinali 5.9 + 3.9 (| | =0) = 0.087 0.087 Endcap Hadronic 1.3< | | < 3 : Cu(70%)+Zn(30%)/scintillatore+WLS 2/3 sezioni longitudinali 10 = ~0.15 0.17 Forward calorimeter 2.85 < < 5.19: Ferro/fibre di quarzo = ~0.175 0.17

6 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Calibrazione con sorgente radioattiva. Misure con fasci di test : -elettroni e pioni a varie energie e in varie configurazioni per linearità, risoluzione, e/π (e/h), sviluppo longitudinale degli shower, input MC. -muoni per confronto con la sorgente radioattiva, input MC. Definizione della scala di energia per i calorimetri. ADC GeV Calibrazione dei calorimetri e/h > 1 COMPENSAZIONE E rec = E EM + ( H1 + H2 + H3) > 1 corregge per e/h > 1. Il coefficiente utlizzato è costante. CMS metodo H1 [NIM-A1809(1981)429] : Erec = W EM (E cell,E part )E cell + W HAD (E cell,E part )E cell W ottenuti minimizzando la risoluzione e imponendo la linearità. ATLAS

7 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Test beam CMS TB 2004 e/ in e/ in scala elettromagnetica e/h = 1.36-1.5 in had. cal. ATLAS : EM LAr + Tile /E Profilo longitudinale degli shower

8 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Algoritmi dei jet Due step di un algoritmo per la ricostruzione dei jet : 1. Raggruppare gli adroni, celle calorimetriche, … in base alla vicinanza : vicinanza in angolo algoritmo a cono vicinanza in impulso trasverso e angolo K T 2. Definire le quantità cinematiche da associare al jet. Schema di Ricombinazione : è la regola di somma dei momenti per le particelle che sono state identificate con un jet.

9 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Algoritmo a cono R E T seed S ATLAS0.7*2 GeV50% CMS0.5*1 GeV- Vengono associate le torri entro un raggio ΔR attorno al seed ( ) e viene calcolato il baricentro del jet. Vengono selezionate le torri calorimetriche con E T > E T seed Questa procedura viene iterata fino al raggiungimento di un cono stabile. ATLAS I getti che condividono più di una percentuale S di energia vengono uniti altrimenti le torri in comune si assegnano al jet più vicino CMS le torri che appartengono al jet stabile vengono rimosse esempio di recombination scheme (*) bassa luminosità

10 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Algoritmo K T se (d min = d ii ) jet se (d min = d ij ) uniscono i e j (4-vector sum) in un nuovo d ii ESEMPIO precluster jet Lista di precluster. Per ogni preclustrer i e per ogni coppia di precluster i,j si definiscono: e si cerca il d minimo.

11 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI metodo alla H1 : lenergia si calcola con una somma pesata dellenergia delle celle nelle varie segmentazioni longitudinali dei calorimetri; i pesi dipendono dal sample calorimetrico, dallenergia della cella; vengono calcolati minimizzando la risoluzione in energia rispetto allenergia del jet MC. Calibrazione dei jet CMS Correzioni con coefficienti costanti E T (corr) = (1/(Risposta) ) * E T (rec) Risposta = E T (rec)/ E T (corr) funzione di E T e η definita su eventi MC I jet devono essere ricalibrati (e/, crack dei rivelatori, … ) ATLAS CMS Correzioni con tracce vedi presentazione su E-Flow

12 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (1) eventi con noise, algoritmo a cono e K T p T > 35, 70, 140, 280, 560,1120, 2240, 4480 GeV F.Paige, talk agosto 2004 Il rapporto E/E MC per i jet calibrati è molto vicino a 1, ma ancora non entro 1%. KTKT cono possibile parametrizzazione : 16 bin di ln(E cell /V) e = e-esimo bin di energia

13 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (2) linearità entro il 2% eventi senza noise e pile-up, algoritmo a cono p T > 35, 70, 140, 280, 560,1120, 2240, 4480 GeV C.Roda, I.Vivarelli, ATLAS SW 09-2004 altra parametrizzazione

14 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Eventi a di QCD a 2 jet (ATLAS ) (3) C.Roda, I.Vivarelli, ATLAS SW 09-2004 Noise simulato e taglio a 2σ linearità ancora entro il 2%

15 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Correction = 1/ (Response(η)* Response(P T )) By Robert Harris Eventi a di QCD a 2 jet (CMS ) eventi senza pile-up algoritmo a cono con ΔR = 0.5 Corrected Response vs. P T (|η| < 1)

16 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Energia del partone Dal jet ricostruito alla misura assoluta dellenergia del jet partonico – richiesta 1% precisione sulla scala dei jet : riscalare lenergia ricostruita (trasversa), correzione energia persa fuori dal cono ed in particelle neutre; sottrazione dellenergia non associata alla interazione forte : underlying event, multiple interactions, pile-up, noise. Calibrazione in situ

17 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Calibrazione in situ Monitorare e intercalibrare il rivelatore : Eventi per la calibrazione dei jet : massa W W jj : si impone la massa W. Gli eventi sono generati da decadimento delle coppie ttbar in cui uno dei due W prodotti decade leptonico. p T Z = p T j Z+j : si richiede che Z e+e-, + - e jet siano back-to- back p T Z = p T j. p T = p T j +j : si richiede che e jet siano back-to-back p T = p T j. Statistica molto piu` alta che per Z+j. muoni cosmici; muoni di beam halo; eventi di minimum bias; eventi di singoli adroni; pTj1 = pTj2 eventi a 2 jet (pTj1 = pTj2 ).

18 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Z+jet (ATLAS) Z + jet + jet La calibrazione si ottiene imponendo : verificata solo approssimativamente per la presenza di ISR Efficienza per la selezione degli eventi 10% 30% running efficiency In 1 mese si hanno circa 30000 Z+jet nel barrel (10 33 cm -2 sec -1 ) Prima della calibrazione 6% Dopo la calibrazione 5 fb -1 light jets 1% Studio con fast simulation ATL-PHYS-2002-026

19 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI + jet (CMS) Goal: trovare coefficienti per: -light quark, jet di b, jet di QCD -differenti algoritmi di ricostruzione del jet -diverse E,η usando il bilanciamento P T (γ) – P T (parton ) K jet = P T (reco) / P T (γ) E T (corr) = ( 1 / K jet ) * E T (reco) NB : importanti gli errori sistematici

20 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI + jet (CMS) by V. Konoplianikov errori sistematici : ISR, tagli di selezione, fondo jet-jet,….

21 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Ricostruzione di E T miss : Calibrazione di E T miss : i coefficienti sono gli stessi trovati per i jet (altri algoritmi sotto studio) Ricostruzione e calibrazione di E T miss Ricostruzione di E T miss : tutte le celle dei calorimetri in | |< 5: Calibrazione di E T miss : Nelle regioni del Barrel e dellEndCap si usano gli stessi pesi alla H1 trovati per i jes. Per FCAL pesi alla H1 trovati per E T miss. E T miss = EXmiss 2 + EYmiss 2 EX(Y)miss = EX(Y) calo cells SumE T = E T calo cells ATLAS CMS

22 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI (Physics) E T miss Resolution = ( Ex(y)miss Rec | |< 5 - Ex(y)miss Truth ) E T miss Resolution SumE T Z and A DC1 data ttbar DC1 data No Noise added in DC1 No cryostat correction PHYS TDR Noise added Ecell > 1.5 (Noise) D.Cavalli ATLAS SW 03-2004 Risoluzione di E T miss (ATLAS)

23 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI pt(jet) > 15 GeV,| |<2.5 pt(lep) > 15 GeV,| |<2.5 3.6 La risoluzione di ETmiss peggiora di ~ 30 % (m ) increases ~ 10 % Z No-noise noise Il contributo del noise non tagliato alla risoluzione di E T miss è circa 13GeV. Leffetto del noise è molto grande per eventi di Z per i quali la risoluzione in ETmiss è ~6GeV senza noise: è necessario tagliare a 2 sigma. Effetto del noise sulla risoluzione di E T miss D.Cavalli ATLAS SW 03-2004

24 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Ricostruzione e risoluzione di E T miss in eventi ttbar (CMS) es: E T miss 50 GeV risoluzione 30 - 35% opzioni di ricostruzione di E T miss: a livello di torri o da oggetti ricostruiti by Hipeng Pi GeV Lavoro agli inizi

25 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI In eventi di QCD, la E T miss con ricostruzione da jet o torri e influenzata da sorgenti irriducibili come Minimum bias, rumore … GeV Ricostruzione di E T miss in eventi di QCD (CMS) Lavoro agli inizi by Hipeng Pi

26 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Conclusioni Dallo scorso anno molto lavoro è stato svolto per lo sviluppo degli algoritmi per la ricostruzione di jet e E T miss. I risultati raggiunti si stanno avvicinando a quelli del TDR (ATLAS). Per CMS si stanno definendo le strategie di calibrazione per la scala di energia dei jet e E T miss Il lavoro sta ancora continuando … aspettando il giorno 1!

27 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI backup

28 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Calorimetri di CMS : risposta a pioni e elettroni TB 2004

29 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI fondo : eventi jet - jet Sistematici per eventi γ + jet (CMS)

30 II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 13-15 OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI Following plot shows the resolution of various correction methods to QCD jets for missing ET studies