Studio di fattibilità per la ricerca di eventi H bb accompagnati da un fotone ad alto p T col rivelatore CMS a LHC ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI Corso di Laurea Triennale in Fisica Relatore: Chiar.mo Prof. Francesco Luigi Navarria Correlatori: Dott. Andrea Perrotta Prof. Fabrizio Fabbri Candidato: Stefano Sinigardi II Sessione Anno Accademico

2 Ricerca del bosone di Higgs SM La zona interessante per questo canale è nellintervallo di massa tra 114 GeV/c 2 e ~140 GeV/c 2 ZONA ESCLUSA DA LEP ZONA ESCLUSA DA LEP Ricerca intensificata al LEP e al Tevatron Non cè possibilità di prevedere la massa Esistono limiti teorici e sperimentali

pp H jj + X bb jj + X E. Gabrielli, F. Maltoni, B. Mele, M. Moretti, F. Piccinini e R. Pittau. Higgs Boson Production in Association with a Photon in Vector Boson Fusion at the LHC. Nucl. Phys. B 781 (2007) 64 Un nuovo canale di studio PRODUZIONE DI HIGGS DA VBF FONDO DI QCD IRRIDUCIBILE

4 CMS Sezione trasversa di CMS con rappresentazio ne dei segnali registrati al passaggio delle diverse particelle Rappresentazione schematica del rivelatore CMS

5 Campioni di fondo utilizzati p T (GeV/c) Sezione d'urto Eventi analizzati mb mb b b b b nb nb nb nb nb pb pb pb pb pb fb fb fb ab ab ^ CAMPIONI QCD DI FONDO UTILIZZATI PER LANALISI DI FATTIBILITÀ

6 Gli oggetti usati nel programma di analisi (C++ Analyzer) Si richiede la presenza di: 2 jet originati dalladronizzazione dei quark dellinterazione iniziale 2 jet provenienti dalladronizzazione di una coppia di quark b 1 fotone ad alto p T

Fotoni in CMS 7 Ogni deposito nel calorimetro elettromagnetico è un candidato fotone (reco::Photon) Jet in CMS A partire dai depositi calorimetrici nellECAL e nellHCAL vengono creati i reco::CaloJet (ricostruiti con lalgoritmo IterativeCone) ΔR=0.5

Pre-selezione eventi 8 |ηb | 2.5 p T γ 20 o 30 GeV/c Isolamento ΔR 1.2 Fotone pT j 30 GeV/c m jj 400 GeV/c 2 |η j | 5 minimo 10% di energia in HCAL Jet in avanti pT b 30 GeV/c |η b | 2.5 minimo 10% di energia in HCAL Jet centrali (candidati b)

Piu di un fotone o piu di 4 jets? Piu di un fotone: Si sceglie quello con p T piu alto, con preferenza fra quelli con a)EHCAL<8% && ntrk==0; b)EHCAL<8% && ntrk<=2; c) All other jet-isolated reco::photon Piu di quattro jets: Si sceglie la combinazione 2+2 (if any…) che possa passare anche i tagli di selezione successivi (In genere, i numeri di combinazioni possibili per i jet piu il fotone selezionato sono limitati, il piu delle volte uno solo)

10 Per i depositi nellECAL che contengono particelle cariche nel cono circostante Include gli elettroni JET CARICO Per depositi ECAL prodotti da adroni neutri non isolati JET NEUTRO Per i depositi ECAL prodotti da adroni neutri isolati (ad es. π γγ ) ADRONE NEUTRO Per gli sciami isolati associati a fotoni radiati dai partoni primari FOTONE Etichette fotoni

Distribuzione etichette dopo la preselezione In verde è disegnata la distribuzione per il campione 300 GeV/c < p T < 380 GeV/c, in rosso quella per 800 GeV/c < p T < 1000 GeV/c e in blu quella per 3000 GeV/c < p T < 3500 GeV/c ^ ^ ^ (Figura della tesi, con bias nella selezione del fotone in caso di piu fotoni nellevento)

Distribuzione etichette dopo la preselezione 600 < p T < 800 GeV/c 1000 < p T < 1400 GeV/c 2200 < p T < 2600 GeV/c 3000 < p T < 3500 GeV/c (Unbiased photon selection)

13 Riduzione dei campioni nelle fasi di preselezione MEDIAMENTE ESCONO DALLANALYZER MENO DELL1,5% DEI DATI INIZIALI

Selezione eventi 14 Selezione ottimizzata a livello partonico (dallarticolo teorico): -p T j1 60 GeV/c -m jj 800 GeV/c 2 -p T b1 60 GeV/c - m γbb > 140 GeV/c 2 Applichiamo isolamento dei reco::Photon negli eventi selezionati: - Nessuna traccia ricostruita (p T >1.5 GeV/c) in un cono ΔR=0.3 attorno al fotone - Non piu dell8% di energia totale del CaloJet associato al fotone depositata nellHCAL

15 Riduzione campioni dopo le selezioni p T campione (GeV/c) ^

16 Questa selezione non e finale! Altre variabili che verranno utilizzate Massa invariante: nella ricerca dellHiggs si tagliera in una finestra attorno alla massa cercata B-tag: pochi eventi del fondo QCD hanno b-quark allorigine dei jet candidati provenire dal decadimento dellHiggs

Trigger Soglie tipiche per il trigger di single photon (PTDR): E T > 23 L1 E T > 80 HLT Trigger multijet e multijet+fotone potranno permettere di abbassare le soglie sui fotoni, ma bisognera lavorarci

18 Conclusioni È stato verificato che le stime di fondo fatte a livello di eventi completamente ricostruiti nel rivelatore non inficiano sensibilmente i risultati ottenuti dai teorici a livello partonico. In base ai risultati di questa tesi, il canale pp bbγjj + X sembra pertanto essere un canale di interesse per lo studio delle proprietà del bosone di Higgs affrontabile con unanalisi vera e propria.