Algoritmi di trigger ad alto livello per l'identificazione di

jet con b con il rivelatore CMS a LHC

Riccardo RanieriCollaborazione CMS

INFN and Università di FirenzeLXXXVIII Congresso Nazionale

Società Italiana di FisicaAlghero, 26 Settembre – 1 Ottobre 2002

Alghero,26 Set – 1 Ott 2002

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Il progetto LHC

Opal

Delphi

SPS

PS

LEP - LHC

Aleph

L3

LHCb

Alice

CMS

ATLAS

Doppio anello di magneti superconduttori neltunnel di LEP

LHC = Large Hadron Collider

Periodo di presa dati a bassaluminosità: 2x1033 cm-2s-1

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Il rivelatore CMSTracker Pixel+Silicon Tracker 250 m2 Si HCAL

rame + scintillatori

15 m

21.5 m

Camere µ Drift Tubes + Cathode Strip Chambers

ECALcristalli PbWO4

Magnete superconduttore

4 Tesla

CMS = Compact Muon Solenoid

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La sfidaMolti b da fisica interessante

– Supersimmetria– Higgs– fisica dei quark t e b

Molto fondo di QCD– Rate ~1KHz jet Et=250 GeV

LA SFIDA• L1: 40 MHz input• L1: 100 KHz output• scrittura offline: 100 Hz

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Livelli di Trigger10-7 s

10-3 s

10-6 s

10-0 s

Riduzione dei 40 MHz di input fino a 100 Hz

Calorimetri + Muoni = L1 [100 KHz]

+ Tracker = HLT [100 Hz] decisione da prendere in pochi µs

si utilizzano un migliaio di CPU commerciali

tempo corrispondente alle CPU Pentium III 1 GHz di oggi: ~500 ms/evento

Scrittura su disco + ricostruzione offline [1 evento ~ 1 MB ~TB/day]

hard

ware

hard

ware

+ so

ftwa

re

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Sistema Tracciante

Si pixel n+ su

substrato n 150x150 µm2

staged: 2 barrel (r=4.3, 7.1 cm) + 1 disco (z>30 cm)

Si strip p+ su substrato n

10 layers + 12 dischi da entrambe le parti

pitch: 81÷184 µm

spessore: 300÷500 µm

Single sided

Double sided(stereo angle 100mrad)

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Tag di b-jet• È impossibile utilizzare l’intero tracciatore

per il trigger di alto livello (HLT)• Possibile soluzione:

– Pixel• individuazione del vertice primario di interazione

– Tracciatura Regionale• coni nel piano η-φ intorno alla direzione dei jet ricostruiti

dopo il Livello 1 calorimetrico (ECAL+HCAL)– Ricostruzione delle tracce condizionata (parziale)

• stop quando una traccia ha un numero sufficiente di hit– Applicazione del bTag ai jet

• sufficiente risoluzione nella misura del parametro di impatto delle tracce

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Vertice Primario

zPVrec-zPV

sim [cm]

Risoluzione: ~30 µmEfficienza ~100%Velocità ~50 ms/ev

1 GHz CPU

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Tracciatura regionalebb

uu

∆∆RR

cc

Num

ero

di tr

acce

Num

ero

di tr

acce

– Studio del numero medio di tracce nei jet in funzione dell’apertura del cono ∆R nel piano η-φ

Apertura del cono (intornoalla direzione dei jet) ottimale: ∆R<0.4

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Ricostruzione parziale

Ricostruzione completa

Buona risoluzione con 5 hit

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Efficienza e Fake Rate

Con 7 hit il Fake Rate ha raggiunto il livello minimo

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Efficienza e Fake Rate

Con 7 hit il Fake Rate ha raggiunto il livello minimo

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Impact Parameter Tag

Tag dei jet richiedendo un minimo numero di tracce con significatività del Parametro di Impatto (IP) superiore a una certa soglia

2 dim 3 dim

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Performance del bTag

Parametro diImpatto 2 dim: la performance online è la stessa dell’offline

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Ricostruzione di 2 jet

Tempo di CPU inferiore a 400 ms/ev con ≤8 hit per traccia

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WH• Studio del segnale

W(→µνµ)H115(→bb)– mH=115 GeV/c2

– σ=1.31x10-10 mb• Fondo µjj

– W/Z/γ→µX• σ≈10-5 mb

– Minimum Bias (QCD jet + µ)• σ≈52.4 mb

-

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Risultati

~13% efficienza con ~30 Hz rate del fondo

Tempo di CPU: 200 ms/ev!!!

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Conclusioni

• Possibilità di utilizzare il Tracker di CMSdurante la fase di trigger di alto livello– posizione del Vertice Primario di interazione– ricostruzione parziale e regionale delle

tracce– bTag online con ottime prestazioni

• selezione di eventi di fisica del b• ricerca del bosone di Higgs anche nel canale di

decadimento in jet b