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.

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1 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 2006-2007

2 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 114 140 ZONA ESCLUSA DA LEP Ricerca intensificata al LEP e al Tevatron Non cè possibilità di prevedere la massa Esistono limiti teorici e sperimentali

3 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 4 CMS Sezione trasversa di CMS con rappresentazio ne dei segnali registrati al passaggio delle diverse particelle Rappresentazione schematica del rivelatore CMS

5 5 Campioni di fondo utilizzati p T (GeV/c) Sezione d'urto Eventi analizzati 0 - 1555.0 mb475338 15 - 201.46 mb0 20 - 30630 b 0 30 - 50163 b 0 50 - 8021.6 b 900240 80 - 1203.08 b 1206257 120 - 170494 nb1260951 170 - 230101 nb934870 230 - 30024.5 nb509987 300 - 3806.24 nb1193756 380 - 4701.78 nb1040311 470 - 600683 pb900613 600 - 800204 pb523580 800 - 100035.1 pb685958 1000 - 140010.9 pb617585 1400 - 18001.60 pb111788 1800 - 2200145 fb170844 2200 - 260023.8 fb128500 2600 - 30004.29 fb343367 3000 - 3500844 ab396275 3500 - 108 ab359275 ^ CAMPIONI QCD DI FONDO UTILIZZATI PER LANALISI DI FATTIBILITÀ

6 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

7 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

8 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)

9 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 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

11 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)

12 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 13 Riduzione dei campioni nelle fasi di preselezione MEDIAMENTE ESCONO DALLANALYZER MENO DELL1,5% DEI DATI INIZIALI

14 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 15 Riduzione campioni dopo le selezioni p T campione (GeV/c) ^

16 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

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

18 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.