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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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 X 0 3 sezioni longitudinali 1.2 = – 1% equal. Central Hadronic | | < 1.7 : Fe(82%)/scintillatore(18%) 3 sezioni longitudinali 7.2 = End Cap Hadronic 1.7 < < 3.2 : Cu/LAr – 4 sezioni longitudinali < Forward calorimeter 3 < < 4.9 : EM Cu/LAr – HAD W/LAr 3 sezioni longitudinali

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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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.

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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.

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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 altra parametrizzazione

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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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)

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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 ).

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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 Risoluzione di E T miss (ATLAS)

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI OTTOBRE 2004 M.DALFONSO, F.SARRI pt(jet) > 15 GeV,| |<2.5 pt(lep) > 15 GeV,| |< 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

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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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

II WORKSHOP ITALIANO ATLAS-CMS NAPOLI 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!

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

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

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