Prestazioni dell'High Level Trigger di CMS 

per il canale H ZZ→ (*) 4→ µ

Daniele TrocinoUniversità e INFN Torino

XCIV Congresso Nazionale SIFGenova, 23 settembre 2008

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 2

Outline

• La ricerca del bosone di Higgs prima di LHC ad LHC

• Il “golden channel” H   ZZ→ (*)   4→

• Il Trigger di Alto Livello (HLT) di CMS caratteristiche prestazioni sul canale H   ZZ→ (*)   4→

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 3

La ricerca del bosone di Higgs• Particella scalare legata alla rottura spontanea di simmetria elettrodebole

 massa dei bosoni W→ ±, Z, massa dei fermioni

• La massa dell'Higgs (mH) è un parametro libero del SM

• Legata ai parametri noti del SM attraverso le correzioni radiative (~ log mH)  vincoli a → mH 

Limiti teoriciLimiti sperimentali

mH > 114 GeV  (ricerca diretta) mH < 185 GeV  (fit EW globale)

(95% C.L.)Ricerca dell'Higgs

fino a  ~1 TeV

Larghezza Higgs vs mH

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 4

σH  = 1 ÷ 10 pb     (a seconda di mH)       VSσtot ~ 100 mb

A LHC  (pp,  14 TeV nel C.M.):

La ricerca dell'Higgs a LHC1 × 1032 cm­2 s­1 2 × 1033 cm­2 s­1  (3 yr)     ~20 fb→ ­1/ yr1 × 1034 cm­2 s­1             ~100 fb→ ­1/ yr

Start up:Low:

High:

• scelta di un canale di decadimento facilmentedistinguibile dal fondo adronico

• sistema di trigger in grado di ridurre il rate didi dati senza perdere eventi di segnale

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 5

Il “golden channel”Soprattutto ad alte masse (mH > 2∙mZ):

• H   W→ +W­   canale di decadimento principale• H   ZZ→        ha  BR(H WW)     3×BR(H ZZ)→ ≈ →

Ma Z può decadere in 2 leptoni carichi(buona segnatura, buona risoluzione), quindi

H → ZZ   4→ ℓ

“golden channel” per la scoperta dell’Higgs(soprattutto a media/alta massa)

Decadimenti dell’Higgs

Fondi principali:

• ZZ(*) / **    4→ ℓ

• bb Z / *    4→ ℓ + X

• tt    4→ ℓ + X

 [pb]

0.64

13.58

7.27

H × BR(H   ZZ   4→ → ℓ) = 1 ÷ 25 fb

Segnale:

(  = e, ℓ )

inoltre   QCD,  Z+jet,  W+jet,  tt+jet,  +jet...

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 6

High Level Trigger di CMS

SoftwareHardware

   40MHz Level 1HLT

Level 2 Level 3100KHz 100Hz

       Off­lineRecon­

struction(RECO)

Calorimetri e camere a µ Calorimetri e camere a µ

Tutti i rivelatori

Trigger­paths: successioni di filtri che accettano l’evento se soddisfa determinati                         criteri di selezione (presenza di una o più particelle nello stato finale,                         condizioni cinematiche, ecc.).

Per i muoni:• singolo muone

• doppio muone

non­isolatoisolatonon­isolato(isolato)

Grandezze considerate:  ­ impulso trasverso  ­ pseudorapidità        = ­ln(tg /2)  ­ distanza vertice ricostruito­primario( ­ numero di hit della traccia )

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 7

Trigger­path dei muoni (start­up)

Singolo     no­iso Doppio     no­iso Singolo     isoLuminosità di start­up (1032 cm­2s­1)

Isolamento: soglia sull'energia dei depositi calorimetrici                      (L2) o sulla somma dei pT delle tracce (L3)                      all'interno di un cono d'isolamento

      ­ cono d'isolamento:  R = ( 2 +  2)1/2 < 0.24      ­ limiti :          0 – 1.6      ­ soglie L2:     5.5 – 3.4  GeV      ­ soglie L3:     3.1 – 2.3  GeV

L2 L32,5 2,50 0

Max Dr [cm] ­ 0,02

16 16

3,9 2,2

Max Min n. hits

Min pT [GeV]

NspT

L2 L32,5 2,50 0

Max Dr [cm] ­ 0,02

3 3

3,9 2,2

Max Min n. hits

Min pT [GeV]

NspT

L2 L32,5 2,50 0

Max Dr [cm] ­ 0,02

12 12

3,9 2,2

Max Min n. hits

Min pT [GeV]

NspT

pT, REC + NpT∙pT  >  Min pT

 → E nei calorimetri → pT nel tracker

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 8

Efficienza di trigger:segnale

• I singoli path hanno efficienza sempre superiore a  97.5%• Il trigger completo (OR logico dei tre path) ha efficienza sempre superiore a 99%

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 9

Efficienza di trigger:gli altri canali e i fondi

• Canali con muoni nello stato finale (4, 22e)   efficienza più alta, trigger →  più performanti

• Rate rimanente di fondo (luminosità di start­up 1032 cm­2s­1):  ~ 10 Hz                                                                                        (soprattutto QCD)

Altri trigger­path usati: singolo/doppio elettrone non­isolato/isolato

tt

Zbb

ZZ

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 10

SkimmingNecessità ridurre il volume di dati

in uscita dall'HLT per l'analisi• 2 leptoni  con  pT > 10 GeV• 1 leptone con  pT >   5 GeV

 → skimming:

Eventi di fondo rimanenti:  ~1.5∙107  eventi/fb­1       → ~10 TB/fb­1

tt

Zbb

ZZ

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 11

Conclusioni

• La combinazione di trigger scelta per la selezione degli eventi di Higgs non intacca sostanzialmente il segnale H   ZZ→ (*)   4→ ➢ efficienza HLT  > 99.5%              (> 98% per 22e,  > 95% per 4e) 

● La fase di skimming riduce il segnale in misura accettabile➢ efficienza HLT+skim  > 96%       (> 90% per 22e,  > 82% per 4e)

● I fondi principali➢ sono ridotti dal trigger ad un rate accettabile per il read­out  

(~10 Hz)➢ sono ridotti dallo skimming ad un volume “maneggiabile” per la 

successiva analisi (~10 TB/fb­1)

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 12

Massa invariante dei 4 (  “massa dell'Higgs”)→

Verso la scoperta dell'Higgs...

Dopo lo skimming

(solo fondi principali)

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 13

Verso la scoperta dell'Higgs...

Massa invariante dei 4 (  “massa dell'Higgs”)→

Dopo la selezione

22/09/08 D. Trocino ­ XCIV Congresso Nazionale SIF 14

Verso la scoperta dell'Higgs...

Massa invariante dei 4 (  “massa dell'Higgs”)→

Dopo la selezione