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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Ricerca del bosone di Higgs del modello standard prodo�o infusione di bosoni ve�ori deboli e che decade in coppie di quarks b
Giorgia Raucoper la collaborazione CMS
INFN e Università di Pisa
100° Congresso Nazionale SIF22-26 Se�embre 2014
Giorgia Rauco CMS Pisa Meeting 1 / 19
IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
VBF HbbProprietà del segnaleStrategia dell’analisi
Introduzione
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
VBF HbbProprietà del segnaleStrategia dell’analisi
VBF Hbb
?
6
[GeV] HM80 100 200 300 400 1000
H+
X)
[pb
]
→
(pp
σ
-210
-110
1
10
210= 8 TeVs
LH
C H
IGG
S X
S W
G 2
01
2
H (NNLO+NNLL QCD + NLO EW)
→pp
qqH (NNLO QCD + NLO EW)
→pp
WH (NNLO QCD + NLO EW)
→pp
ZH (NNLO QCD +NLO EW)
→pp
ttH (NLO QCD)
→pp
���9
Decadimento:I il Modello Standard prevede che il
bosone di Higgs a 125 GeV decadaprincipalmente in bb̄ (∼ 60%)
I la ricerca del decadimento H→ bb̄ è unpunto essenziale per verificarel’accoppiamento del bosone di Higgs coni fermioni di tipo down
Produzione:I la produzione del Bosone di Higgs
avviene principalmente tramite fusionedi gluoni, in cui lo stato finale bb̄ non èricercabile a causa dell’enorme fondo diQCD
I il secondo canale di produzione è VBF2 jets aggiuntivi con segnatura moltoparticolareminor fondo di QCD
H→ bb̄ cercato anche (più tradizionalmente) in VH e �H
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
VBF HbbProprietà del segnaleStrategia dell’analisi
Proprietà del segnale
q q
W,Z
W,Z
Hb̄
b
q q
I questo canale è cara�erizzato da:eventi con stato finale composto da 4 jets
2 jets di b-quark centrali2 jets di quarks leggeri VBF con grande ∆η e mqq
a�ività adronica rido�a tra i jets VBF
I è l’unico canale totalmente adronico in cui sicerca l’Higgs SM
I è un canale studiato solo a CMS
Documentazione in CMS PAS HIG-13-011
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
VBF HbbProprietà del segnaleStrategia dell’analisi
Strategia dell’analisi EVENT DISPLAY
1 Trigger topologico sulle principali cara�eristiche del segnale e selezione o�line2 Elementi addizionali
discriminatore di jets da gluoni/quarksa�ività adronica addizionaleregressione sul pT dei b-jets
3 Analisi multivariate per massimizzare la discriminazione tra segnale e fondo
4 Fit dello spe�ro di mbb̄
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
TriggerPreselezione degli eventi
Trigger e selezione o�line
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
TriggerPreselezione degli eventi
Trigger
I i 4 jets di segnale hanno pT moderato (∼ 60 GeV)→ necessario un trigger dedicato
Hardware Trigger: e�icienza ∼ 60% e rate ∼ 3.5 kHzI 3 jets con pT superiori a delle soglie fissate→ 68, 48, 32 GeVI uno tra i primi due jets con maggiore pT può essere in avanti
(2.6 < |η| < 5.2) mentre gli altri due devono essere centrali (|η|<2.6)
So�ware Trigger: e�icienza ∼ 10% e rate ∼ 10 HzI 4 jets con impulso trasverso superiore rispe�ivamente a soglie o�imizzate→ 82, 65, 48, 35 GeV
I almeno uno tra i 4 jets selezionati deve essere identificato con proveniente da unquark b
I i due VBF jets (qq) sono scelti come quelli meno ricostruiti come b-jets o comequelli più separati in pseudorapidità
I mqq > 180, 200, 220, 240 GeV e ∆ηqq > 2.5
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IntroduzioneTrigger e selezione o�line
Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
TriggerPreselezione degli eventi
Preselezione degli eventi
I 4 jets con pT > 85, 70, 60, 40 GeVI i 2 jets leggeri sono individuati secondo l’ordinamento di identificazione di b-jets o
l’ordinamento di separazione in pseudorapidità e devono soddisfare le condizioni:1 mqq > 300 GeV2 ∆ηqq > 2.5
I per rimuovere il grande fondo QCD di coppie bb̄ back-to-back si richiede ∆φbb̄ < 2
Eve
nts
/ 1
60
Ge
V
1
10
210
310
410
510
610Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
(GeV)qqM500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Da
ta /
MC
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
mqq
Eve
nts
/ 0
.20
1
10
210
310
410
510Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
η∆|3 4 5 6 7 8
Da
ta /
MC
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
∆η
Eve
nts
/ 0
.08
1
10
210
310
410
510 Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
bbφ∆
0 0.5 1 1.5 2
Da
ta /
MC
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
∆φ
grafici dopo la selezione
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione tra jets di gluoni e quarksA�ività adronica addizionaleRegressione del pT dei jets
Elementi Addizionali
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione tra jets di gluoni e quarksA�ività adronica addizionaleRegressione del pT dei jets
Discriminazione tra jets di gluoni e quarks
I Fondo di QCD: frazione di jets originati da gluoni dominante rispe�o a quella di jetsdovuti ai quarks
I Segnale VBF: in un’interazione pp puramente ele�rodebole, solo i jets generati daquarks sono possibili→ sfru�ando le di�erenze in molteplicità, forma e frammentazione del jet è quindipossibile separare il fondo dal segnale
I 5 variabili sono usate come input di una likelihood:
1 la molteplicità di particelle del jet
2 la massima frazione di energia trasportata daun componenti del jet
3 RMS max dei componenti nel piano ηφ
4 RMS min dei componenti nel piano ηφ
5 pull (asimmetria) dei componenti del jet
Eve
nts
/ 0.0
41
10
210
310
410
510
610 Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
4th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Dat
a / M
C0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
QGL ∼ 0 per S, QGL ∼ 1 per B
→ informazioni più de�agliate su CMS PAS JME-13-002
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Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione tra jets di gluoni e quarksA�ività adronica addizionaleRegressione del pT dei jets
A�ività adronica addizionale
I Segnale VBF: produzione ele�rodebole di jetsrapidity gap di scambio di colore QCD soppresso tra i due jets VBF
I Altre regioni:tra i due b-jetstra i jets VBF e i rimanenti constituenti del protone
I construzione di variabili so� usando una collezione di tracce addizionali per separare ilsegnale dal fondo:
1 la molteplicità Njets
2 la somma scalare dei pT Hso�T
Events
/ 1
0 G
eV
1
10
210
310
410
510
610Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
(GeV)TSoft H0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Da
ta /
MC
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
������9
fondo
���:segnale
SOFT HT
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Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione tra jets di gluoni e quarksA�ività adronica addizionaleRegressione del pT dei jets
Regressione del pT dei jets
I Calibrazione dell’energia dei jets di default in CMS: calibrazione medianon considera le proprietà interne dei jets
I Regression: una calibrazione multidimensionale dedicata ai b-jets da H→ bb̄sfru�a il metodo delle reti neuronalifornisce un fa�ore corre�ivo per ogni b-jetmigliora la risoluzione di mbb̄ (∼ 10%)
(GeV)bbM60 80 100 120 140 160
)-1
(G
eV
bb
dN
/dM
×1
/N
0
0.01
0.02
0.03 = 125 GeV (set A)HVBF M
Regressed
RawReg. FWHM = 27.1 GeV
Raw FWHM = 32.8 GeV
CMS simulation
X come validazione del metodo si sono studiati dire�amente gli eventi Z + b-jet
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Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione S/B
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Discriminazione S/B
I la ANN ha in ingresso le distribuzione di variabili discriminanti e le lorocorrelazioni
I il discriminante in uscita e la distribuzione di mbb̄ devono essere scorrelateI il segnale ha un massimo a 1 ma ha anche una coda a bassi valori
Eve
nts
/ 0
.04
1
10
210
310
410
510Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
ANN Output-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Data
/ M
C
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
��
��+
ANN Output
I la sensitività è massimizzata suddividendo i datiin 5 categorie secondo l’output dell’ANN
ANN Output-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Pro
babi
lity
Den
sity
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06CMS Simulation
QCD
Signal
CAT0
CAT1
CAT2
CAT3
CAT4
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Fit di mbb̄Risultati
Fit di mbb̄
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Fit di mbb̄
Modello di fitI background: 3 componenti
1 QCD2 Z/W + jets3 top
I segnale: Cristal Ball + polinomiodi Bernstein
Fit della ZI il modello è stato testato nel
decadimento della ZI eventi di Z dal fit 2844± 1127
con significanza 2.5σ
Eve
nts
/ 2.5
GeV
50
100
150
200CAT4
DataBackground-only Fit
σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit
10×Signal (125 GeV)
-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a-F
it
-50
0
50
HIGGS FIT
mbbCor80 100 120 140 160 180 200 220 240
Eve
nts
/ 4.0
GeV
5000
10000
15000
CMS Preliminary = 8 TeVs
-1L = 19.0 fb
DataBackground + Z FitBackground FitFitted Z
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a -
Bkg
. Fit
-200
0
200
400
600
Z FIT
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Risultati
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Risultati
I tu�e le categorie sono state combinate insieme, tranne CAT0I i limiti sono stati o�enuti tramite il metodo degli intervalli di confidenza asintotici
il limite superiore osservato è 3.6xSM, quello aspe�ato 3.0xSM e laforza del segnale è µ = σ/σSM = 0.7± 1.4 @ 125 GeV
Higgs Mass (GeV)115 120 125 130 135
SM
σ / σ
95%
Asy
mpt
otic
CL
Lim
it on
0
2
4
6
8
10
12
14 ObservedSCL ExpectedSCL H125 InjectedSCL
σ 1 ± Expected SCLσ 2 ± Expected SCL
CMS Preliminary = 8 TeVs
-1L = 19.0 fbb b→VBF H
Aggiornamento in viadi approvazione
(articolo entro fine 2014)
I usati più dati
I analisi piùo�imizzata
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Elementi addizionaliDiscriminazione S/B
Fit di mbb̄Risultati
Grazie a tu�i per l’a�enzione!
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Slides addizionali
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CMS detector
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Identificazione di b-jet
I τ ∼ 1.6 ps→ cτ ∼ 500µmI distanza di volo osservabileI si utilizzano algoritmi basati su
1 parametro di impa�o2 ricostruzione del vertice secondario
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Trigger Paths
Nome E�icienza Rate@5 · 1033
L1_TripleJet_64_44_24_VBF ∼ 62% ∼ 5 kHzL1_TripleJet_64_48_28_VBF ∼ 56% ∼ 3.5 kHzL1_TripleJet_68_48_32_VBF ∼ 50% ∼ 2.5 kHz
Tipo Nome E�icienza Rate@5 · 1033
CaloJets�adJet75_55_35_20_BtagIP_VBF ∼ 9.2% ∼ 8 Hz�adJet75_55_38_20_BtagIP_VBF ∼ 8.0% ∼ 6 Hz
PFJets
�adPFJet75_55_35_20_BTagCSVV BF ∼ 11% ∼ 12Hz�adPFJet75_55_38_20_BTagCSVV BF ∼ 9.6% ∼ 9Hz�adPFJet78_61_44_31_BTagCSVV BF ∼ 8.3% ∼ 3.5Hz�adPFJet82_65_48_35_BTagCSVV BF ∼ 6.5% ∼ 3.5Hz
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S/B discrimination
DISCRIMINATINGVARIABLES
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B-tag discriminantE
vent
s / 0
.04
1
10
210
310
410
510
610 Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
1st jet (btag ordering) btag discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Dat
a / M
C
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
Eve
nts
/ 0.0
4
1
10
210
310
410
510Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
2nd jet (btag ordering) btag discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Dat
a / M
C
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
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�ark/gluon discriminantE
vent
s / 0
.04
1
10
210
310
410
510
610Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
3rd jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Dat
a / M
C
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
Eve
nts
/ 0.0
4
1
10
210
310
410
510
610 Presel. & Trigger
)-1Data (19.0 fb
1.31)×QCD (
Z+jets
ttsingle top
W+jets
b b→VBF H(125)
b b→GF H(125)
4th jet (btag ordering) quark-gluon discriminant0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Dat
a / M
C
0
0.51
1.52
= 8 TeVsCMS Preliminary
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Incertezze sistematiche
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mbb̄E
vent
s / 2
.5 G
eV
2000
4000
6000
8000 CAT1DataBackground-only Fit
σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit
30×Signal (125 GeV)
-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a-Fi
t
-200
0
200
Eve
nts
/ 2.5
GeV
1000
2000
3000CAT2
DataBackground-only Fit
σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit
20×Signal (125 GeV)
-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a-Fi
t
-200
-100
0
100
200
Eve
nts
200
400
600CAT3
DataBackground-only Fit
σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit
10×Signal (125 GeV)
-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a-Fi
t
-100
-50
0
50
100
Eve
nts
/ 2.5
GeV
50
100
150
200CAT4
DataBackground-only Fit
σ 1 ±Fit σ 2 ±Fit
10×Signal (125 GeV)
-1 = 8 TeV L = 19.0 fbsCMS Preliminary
(GeV)bbM80 100 120 140 160 180 200 220 240
Dat
a-Fi
t
-50
0
50
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