Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet S.Diglio, A.Tonazzo, M.Verducci Università Roma Tre e INFN ATLAS ITALIA Physics Workshop Milano 2006 attualmente all Universitè de Paris attualmente al CERN

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Sommario Motivazioni di interesse per il canale Z+b Motivazioni di interesse per il canale Z+b Risultati preliminari Risultati preliminari (ATLFAST & Ricostruzione Completa DC2) - inclusive jet b-tagging - inclusive jet b-tagging - soft muon tagging - soft muon tagging Effetti sistematici Effetti sistematici Prospettive future Prospettive future

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Motivazioni di interesse per lo studio del canale Z+b Informazioni sulla funzione di densità partonica del quark b (PDF) ( F.Maltoni et al. Phys.Rev.D69:074021,2004 ) Fondo alla ricerca dellHiggs supersimmetrico (h) ( F.Maltoni et al. Phys.Rev.D67:095002,2003 ) 1 solo jet Fondo alla ricerca dellHiggs nel MS (H)

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Importanza delle PDF Le PDF sono parametrizzazioni del contenuto di partoni nel protone PDF X 1 e X 2 : frazioni quadri-impulso trasportato dai partoni : energia trasferita nellinterazione Sezione durto di collisione H 1 e H 2 Sez urto partoniche PDF CONVOLUZIONE Le PDF sono fondamentali per le sez. durto di processi a LHC f i ( x 1, e f j ( x 2 H1H1 H2H2 HH f i ( x 1, f j ( x 2

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Perche vogliamo misurare la PDF del b? Lincertezza sulla sez. durto di produzione della Z è dominata dallincertezza sulla PDF Lincertezza sulla sez. durto di produzione della Z è dominata dallincertezza sulla PDF g g b b Z ~ 5 % intera produzione di Z a LHC g g b b Z ~ 5 % intera produzione di Z a LHC Misure attuali di HERA J.M.Butterworth [arXiv:hep-ex/ ] _ Necessità della misura della PDF del b

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Regime cinematico accessibile a LHC |y|< 2.5 (regione misurabile) 10 < x < Contributo principale alle sez. durto da quark del mare e gluoni (diversamente dal TEVATRON) ~ M ~ 100 GeV Per Q ~ M Z ~ 100 GeV il contributo dominante è dato dai gluoni gluon splitting g qq La precisione sulla conoscenza della Z dipende dallincertezza sulla distribuzione di momento dei gluoni _ Lincertezza sulla PDF del b deriva da quella sulla PDF del g

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Predizioni a LHC e al Tevatron F.Maltoni et al. Phys.Rev. D69:074021,2004 [arXiv:hep-ph/ ] 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

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet D0 ha misurato ( Phys.Rev.Lett.94:161801,2005 ) (Z+b)/ (Z+jet) ( E cm = 1.96 TeV, L int =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 dallesperimento D0 + - Principali sorgenti di errori sistematici efficienze di tagging b e c stima del fondo incertezza teorica su (Z+b)/ (Z+jet)

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Analisi preliminare del canale Z+b Generazione con PYTHIA 6.2 di: Generazione con PYTHIA 6.2 di: un campione di eventi Z+jet (di qualunque flavour) con Zun campione di eventi Z+jet (di qualunque flavour) su tutto langolo solido con Z un campione di eventi W+jet ( per stimare il mistagging) un campione di eventi W+jet ( per stimare il mistagging) Prima analisi con il simulatore veloce della risposta del rivelatore : ATLFAST Prima analisi con il simulatore veloce della risposta del rivelatore : ATLFAST Ricostruzione completa : DC2 Ricostruzione completa : 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 Theoretical review of various approaches in heavy quark production: HERA-LHC Workshop [hep-ph/ ] 2.A preliminary study of Z+b production at LHC : [ATL-COM-PHYS ] 3.Studio preliminare del canale Z+b allesperimento ATLAS a LHC : tesi S.Diglio 4.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)

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Definizione di segnale e fondo Fondi Z+c Z+q o Z+g Z+QQ Segnale Un quark b prodotto in associazione a uno Z Un quark b prodotto in associazione a uno Z Impulso trasverso del quark b: pt > 15 GeV Impulso trasverso del quark b: pt > 15 GeV Pseudorapidità del quark b: Pseudorapidità del quark b: | |< 2.5 | |< 2.5 quark c, leggeri e g con: pt > 15 GeV e 2.5 Q = c, b _

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Selezione del campione Z+b Presenza di almeno due muoni isolati con : Presenza di almeno due muoni isolati con : - carica opposta - carica opposta - impulso trasverso: p t > 20 GeV - impulso trasverso: p t > 20 GeV - accettanza: | |< accettanza: | |< intervallo di massa invariante 80 GeV < M < 105 GeV - intervallo di massa invariante 80 GeV < M < 105 GeV Sono stati utilizzati due algoritmi di b-tagging: Sono stati utilizzati due algoritmi di b-tagging: - inclusive jet b-tagging - soft 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 p t ( e p t : stesso contributo alla riduzione del campione)

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Inclusive jet b-tagging & soft muon tagging b : efficienze di selezione del segnale c e other : probabilità di mis-tagging (calcolate dal MC) (calcolate dal MC) Numero eventi di segnale e di fondo attesi per Lint = 10 fb ( 1 anno alla luminosità iniziale di LHC 10 cm s ) -2 33

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Incl b-tag & soft muon tagging b jet c jet totpurezza Pt >4GeV ~ 69% Pt(jet)>15GeV % ~ 43% DC 2 RICOSTRUZIONE COMPLETA Inclusive jet b-tagging Numero eventi di segnale e di fondo attesi per L int = 10 fb Pt jet da b-tag (GeV) Numero di eventi Distribuzione in Pt dei jet Z+jet Z+b b jet c jet totpurezza Pt >4GeV % ~ 35% Pt(jet)>25GeV % ~ 53% ATLFAST Inclusive jet b-tagging Soft muon tagging mistagging sui non incluso Soft muon tagging: LowPtMuid non incluso miglioramento algoritmo di muoni soffici

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Ricostruzione completa: Rome Layout Z+jet Z+b Ricostruzione completa Rome Layout PRELIMINARE: attualmente in corso massa (GeV) Numero eventi Massa invariante della Z

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Effetti sistematici Efficienza di b-tagging Efficienza di b-tagging Una verifica del valore di efficienza di b-tagging potrà essere fatta utilizzando un campione arricchito in segnale : sulla base dellesperienza al Tevatron e a LEP ci si attende sulla base dellesperienza al Tevatron e a LEP ci si attende Δε b /ε b = 5% [HERA-LHC Workshop Maggio 2005]. Fondo dovuto al mistagging Fondo dovuto al mistagging Una verifica sugli eventi di fondo è stata fatta utilizzando un campione dove non fossero presenti b-jet : campione di eventi Una verifica sugli eventi di fondo è stata fatta utilizzando un campione dove non fossero presenti b-jet : campione di eventi W + jet Ricostruzione dei jet e risoluzione in energia (non valutate in questa analisi) Ricostruzione dei jet e risoluzione in energia (non valutate in questa analisi) Le incertezze sulla misura saranno dominate da errori sistematici

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet 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-1 Lerrore relativo sul fondo dovuto al mistagging può essere mantenuto a livello di qualche % in ogni bin dellintervallo di p t Pt in 2 GeV bins Relative error on bkg Events in 2 GeV bin Eventi W + jet Al primo ordine non sono presenti jet provenienti da un quark b I jet coprono tutto lintervallo di p t coperto dal segnale

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Conclusioni Sono state valutate le efficienze di selezione del canale Z+b con due metodi indipendenti di tagging Sono state valutate le efficienze di selezione del canale Z+b con due metodi indipendenti di tagging Per sarà possibile studiare il canale Z+b con alta statistica e buona purezza Per Lint = 10 fb sarà possibile studiare il canale Z+b con alta statistica e buona purezza La precisione delle misure sarà limitata da errori sistematici : La precisione delle misure sarà limitata da errori sistematici : arà possibile controllare effetti sistematici direttamente dai dati : sarà possibile controllare effetti sistematici direttamente dai dati : - stima del fondo campioni W+jet - stima del fondo campioni W+jet - valutazione efficienza di b-tagging campioni arricchiti in segnale - valutazione efficienza di b-tagging campioni arricchiti in segnale ricostruzione dei jets e risoluzione in energia ricostruzione dei jets e risoluzione in energia la complementarità dei due metodi di analisi la complementarità dei due metodi di analisi (inclusive b-tagging e soft muon tagging) (inclusive b-tagging e soft muon tagging) può fornire un utile mezzo per controllare le sistematiche può fornire un utile mezzo per controllare le sistematiche

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Work in progress … Controllo dei risultati di Roma con il nuovo layout Rome-simulation, sia per il segnale che per le sistematiche : Controllo dei risultati di Roma con il nuovo layout Rome-simulation, 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 : produzione di AOD a partire dai dati con la simulazione completa sottomissione dei job su GRID Analisi con tool ufficiali: produzione di AOD a partire dai dati con la simulazione completa sottomissione dei job su GRID Miglioramento dellalgoritmo di soft muon tagging in Athena Miglioramento dellalgoritmo di soft muon tagging in Athena Distribuzioni di pt dei jet per differenti set di PDF Distribuzioni di pt dei jet per differenti set di PDF Contributo del trigger alle efficienze di selezione di segnale e fondi Contributo del trigger alle efficienze di selezione di segnale e fondi Studi di distribuzioni differenziali: misura della sezione durto del bosone Z in funzione di e p t Studi di distribuzioni differenziali: misura della sezione durto del bosone Z in funzione di e p 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 lanalisi Richiesta di produzione di nuovi campioni MC su cui effettuare lanalisi S. Diglio, A. Farilla, A. Passeri, A. Tonazzo, M.Verducci Generazione: Pythia Simulazione e digitizzazione:Rome Detector Setup Ricostruzione:

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Efficienze e probabilità di mistag (ATLFAST) INCLUSIVE B-TAGGING: Z+b Soft muon tag INCLUSIVE B-TAGGING:b-jet

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet selezione campione (ATLFAST incl b-tag) selezione campione (ATLFAST incl b-tag) 2 muoni carica opposta pt > 20 GeV 80 < M < 105 GeV b-jet efficienze26%18%9%30%

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet Distribuzione di pt di eventi selezionati Z+b (ATLFAST) SEGNALE FONDO (mistag)

ATLAS ITALIA Physics Workshop Stato attuale e prospettive future dello studio Z+ b-jet gb hb