Ricostruzione di squark, sbottom e gluini Massimiliano Chiorboli Catania.

Ricostruzione di squark, Ricostruzione di squark, sbottom e gluinisbottom e gluini

Massimiliano Chiorboli

Catania

15 Gennaio 2003 Massimiliano Chiorboli TISB - Firenze

Descrizione della FisicaDescrizione della Fisica

Approccio inclusivo: vedere eccessi rispetto allo SM. Regioni dello spazio dei Approccio inclusivo: vedere eccessi rispetto allo SM. Regioni dello spazio dei parametri in cui si ha significatività statistica.parametri in cui si ha significatività statistica.

Questo studio: ricostruzione dei picchi, misura di grandezze legate alle Questo studio: ricostruzione dei picchi, misura di grandezze legate alle particelle supersimmetriche in punti fissati dello spazio dei parametri.particelle supersimmetriche in punti fissati dello spazio dei parametri.

2 SFOS isolated leptons, pT>15 GeV, ||<2.4

2 b-jets, pT>20 GeV, ||<2.4

p

p

g~

b~

b

b

01

~

02

~ ~

Proposed Post-LEP Benchmarks for Supersymmetry (hep-ph/0106204)Proposed Post-LEP Benchmarks for Supersymmetry (hep-ph/0106204)

01

~qq~

qq~~~ 02qqqqgpp

Fondo SMFondo SM: ttbar, Z+jet, W+jet, ZZ, WZ, WW, QCD: ttbar, Z+jet, W+jet, ZZ, WZ, WW, QCD

Ridotto da un taglio in ERidotto da un taglio in ETTmissmiss

01

~bb~

bb~~~ 02bbbbgpp

Problemi di combinatoriale Problemi di combinatoriale più importantipiù importanti

,e


Descrizione della FisicaDescrizione della Fisica

• Point B (tan Point B (tan = 10): = 10): ricostruzioni di sbottom, ricostruzioni di sbottom, squark e gluini possibili già a 10 fbsquark e gluini possibili già a 10 fb-1-1;;

• Point G (tan Point G (tan = 20): = 20): si iniziano a vedere i si iniziano a vedere i picchi solo a 300 fbpicchi solo a 300 fb-1-1;;

• Point I (tan Point I (tan = 35): = 35): non è possibile ricostruire non è possibile ricostruire sparticelle fortemente interagenti attraverso il sparticelle fortemente interagenti attraverso il canale canale 22

00 l l++ll- - 1100. .

Alto tan Alto tan : : 2200 ++- - 11

00.. GeV 960σ

GeV 10536q)χ~M( 02

GeV 575

GeV 7295bb)~M( 02

SquarkSquark GluinoGluino

02

~ 01

~

~

Etmiss > 150

GeV

p

M

M1p

01

02

~

~

GeV 542σ

GeV 7500b)χ~M( 02

GeV 742

GeV 7594bb)~M( 02

SbottoSbottomm

GluinoGluino

BR(BR(2200 l l++ll- - 11

00) dipende fortemente da tan ) dipende fortemente da tan


GeneratoriGeneratori

SUSY SUSY Inizialmente: PYTHIA 6.152Inizialmente: PYTHIA 6.152

Parametri mSUGRA Parametri mSUGRA generazione degli eventi generazione degli eventi

Fondo SMFondo SM (ttbar, Z+jet, W+jet, ZZ, WZ, WW, QCD): PYTHIA 6.152 (ttbar, Z+jet, W+jet, ZZ, WZ, WW, QCD): PYTHIA 6.152

I benchmark point non sono definiti dai parametri mSUGRA, ma I benchmark point non sono definiti dai parametri mSUGRA, ma dai valori a bassa scala (masse, BR’s, sigma) ottenuti a partire dai valori a bassa scala (masse, BR’s, sigma) ottenuti a partire dai parametri mSUGRA tramite RGE’s con ISAJET 7.51.dai parametri mSUGRA tramite RGE’s con ISAJET 7.51.

Manuale di PYTHIA (hep-ph/0108264), pag. 163:

“[…]the option IMSS(1)=2 uses approximate analytical solutions of the renormalization group equations, which reproduce the output of Isasusy within 10% (based on comparisons of masses, decay widths, production cross sections, etc.).[…]”

Questo non è sufficientemente accurato, stime troppo ottimistiche.Questo non è sufficientemente accurato, stime troppo ottimistiche.

PYTHIA 6.152 60% 38%

ISAJET 7.51 16.4% 83.2%

)χ~

BR(χ 01

02

)χ~BR(χ 01

02


GeneratoriGeneratori

Manuale di PYTHIA (hep-ph/0108264), pag. 163:

“[…]The user who wants to study this and other models in detail can use the Isasusy and Susygen programs, which numerically solve these equations to determine the mass parameters, to generate the correct Pythia input parameters.[…]”

I parametri mSUGRA venivano dati a ISAJET 7.51, I parametri mSUGRA venivano dati a ISAJET 7.51, che forniva i parametri a scala di rottura elettrodebole, che forniva i parametri a scala di rottura elettrodebole, che venivano passati a PYTHIA 6.152 che venivano passati a PYTHIA 6.152

Accordo in masse e BR entro il 2%Accordo in masse e BR entro il 2%

Non è possibile utilizzare direttamente ISAJET per studi che comportino Non è possibile utilizzare direttamente ISAJET per studi che comportino l’uso del b-tagging, perché l’uso del b-tagging, perché ISAJET non fornisce informazioni sui vertici ISAJET non fornisce informazioni sui vertici secondarisecondari::

DO 160 I=1,NHEP DO 160 J=1,4 160 VHEP(J,I) = 0

Point BPoint B


Data SamplesData Samples

Fondo SM

ttbar 44.1 106

Z+jet (pthat > 60 GeV) 3.9 106

W+jet (pthat > 60 GeV) 2.6 106

QCD

50 GeV < pthat < 100 GeV 1.9 106

100 GeV < pthat < 200 GeV 1.9 106

200 GeV < pthat < 300 GeV 1.9 106

300 GeV < pthat < 400 GeV 1.9 106

400 GeV < pthat < 500 GeV 1.9 106

pthat > 500 GeV 1.9 106

Point B Point G Point I

sbottom-sbottom 154.590 31.710 53.490

sbottom-gluino 211.890 17.460 29.700

chi-chi 569.970 118.710 155.250

chi-gluino 143.010 34.560 46.230

chi-squark 566.400 96.270 131.820

gluino-gluino 2.098.290 190.980 268.200

slepton-slepton 161.340 45.390 40.350

squark-sbottom 108.480 19.470 27.210

squark-gluino 8.495.970 1.078.740 1.494.870

squark-squark 4.248.270 764.820 949.980

stop-stop 549.330 71.190 94.410

Total 17.307.540 2.469.300 3.291.510

Segnale

3434101066 per ottimizzazioni di parametri per ottimizzazioni di parametri

3.8 3.8 101066 eventi forzati eventi forzati

1111101066 con pile-up con pile-up

1010101066 PYTHIA PYTHIA

01

~bb~

bb~b~

b~~~ 02bbg ,gq

2.52.510106 6 con tau-tagging “acceso” con tau-tagging “acceso”

3.33.310106 6 con tau-tagging “acceso” con tau-tagging “acceso”

Point BPoint B

Point GPoint G

Point IPoint I

Eventi aggiuntivi:Eventi aggiuntivi: Totale:Totale:

150 150 101066 CMSJET events CMSJET events

prodotti con la Farm di Cataniaprodotti con la Farm di Catania

73 GB nei dischi della Farm di Catania73 GB nei dischi della Farm di Catania


Simulazione del detectorSimulazione del detector

Fast simulation Fast simulation CMSJET 4.801CMSJET 4.801 (http://cmsdoc.cern.ch/~abdullin/cmsjet.html):(http://cmsdoc.cern.ch/~abdullin/cmsjet.html):

************************************************************************************************************************************ * Ntuple ID = 101 Entries = 1000 HEPEVT* Ntuple ID = 101 Entries = 1000 HEPEVT ************************************************************************************************************************************ * Var numb * Type * Packing * Range * Block * Name ** Var numb * Type * Packing * Range * Block * Name * ************************************************************************************************************************************ * 1 * I*4 * * * HEPEVT * NEVHEP* 1 * I*4 * * * HEPEVT * NEVHEP * 2 * I*4 * * [0,3950] * HEPEVT * NHEP* 2 * I*4 * * [0,3950] * HEPEVT * NHEP * 3 * I*4 * * * HEPEVT * IDHEP(NHEP)* 3 * I*4 * * * HEPEVT * IDHEP(NHEP) * 4 * I*4 * * * HEPEVT * JSMHEP(NHEP)* 4 * I*4 * * * HEPEVT * JSMHEP(NHEP) * 5 * I*4 * * * HEPEVT * JSDHEP(NHEP)* 5 * I*4 * * * HEPEVT * JSDHEP(NHEP) * 6 * R*4 * * * HEPEVT * PHEP(5,NHEP)* 6 * R*4 * * * HEPEVT * PHEP(5,NHEP) * 7 * R*4 * * * HEPEVT * VHEP(4,NHEP)* 7 * R*4 * * * HEPEVT * VHEP(4,NHEP) * 1 * I*4 * * * MC_PARAM * IRUN* 1 * I*4 * * * MC_PARAM * IRUN * 2 * I*4 * * * MC_PARAM * IEVT* 2 * I*4 * * * MC_PARAM * IEVT * 3 * R*4 * * * MC_PARAM * WEIGHT* 3 * R*4 * * * MC_PARAM * WEIGHT * 4 * I*4 * * [0,200] * MC_PARAM * NPARAM* 4 * I*4 * * [0,200] * MC_PARAM * NPARAM * 5 * R*4 * * * MC_PARAM * * 5 * R*4 * * * MC_PARAM * PARAM(NPARAM)PARAM(NPARAM) ************************************************************************************************************************************ * Block * Entries * Unpacked * Packed * Packing Factor ** Block * Entries * Unpacked * Packed * Packing Factor * ************************************************************************************************************************************ * HEPEVT * 1000 * 189608 * Var. * Variable ** HEPEVT * 1000 * 189608 * Var. * Variable * * MC_PARAM * 1000 * 816 * Var. * Variable ** MC_PARAM * 1000 * 816 * Var. * Variable * * Total * --- * 190424 * Var. * Variable ** Total * --- * 190424 * Var. * Variable * ************************************************************************************************************************************ * Blocks = 2 Variables = 12 Max. Columns = 47606 ** Blocks = 2 Variables = 12 Max. Columns = 47606 * ************************************************************************************************************************************

Non c’è più la compatibilità con CMSIM!Non c’è più la compatibilità con CMSIM!


ObjectsObjects

************************************************************************************************************************************ * Ntuple ID = 5555 Entries = 69943 CMSJET* Ntuple ID = 5555 Entries = 69943 CMSJET ************************************************************************************************************************************ * Var numb * Type * Packing * Range * Block * Name ** Var numb * Type * Packing * Range * Block * Name * ************************************************************************************************************************************ * 1 * R*4 * * * TRANCH * CIRC* 1 * R*4 * * * TRANCH * CIRC * 2 * R*4 * * * TRANCH * TREN* 2 * R*4 * * * TRANCH * TREN * 3 * R*4 * * * TRANCH * TRMA* 3 * R*4 * * * TRANCH * TRMA * 1 * R*4 * * * PTMIS * PTMT(2)* 1 * R*4 * * * PTMIS * PTMT(2) * 2 * R*4 * * * PTMIS * PTM(2)* 2 * R*4 * * * PTMIS * PTM(2) * 3 * R*4 * * * PTMIS * PZNU(2)* 3 * R*4 * * * PTMIS * PZNU(2) * 1 * I*4 * * [0,100] * LEPTONS * NLE_CWN* 1 * I*4 * * [0,100] * LEPTONS * NLE_CWN * 2 * R*4 * * * LEPTONS * PL_CWN(4,NLE_CWN)* 2 * R*4 * * * LEPTONS * PL_CWN(4,NLE_CWN) * 3 * I*4 * 3 * [-2,2] * LEPTONS * KL_CWN(NLE_CWN)* 3 * I*4 * 3 * [-2,2] * LEPTONS * KL_CWN(NLE_CWN) * 4 * I*4 * * * LEPTONS * MRL_CWN(NLE_CWN)* 4 * I*4 * * * LEPTONS * MRL_CWN(NLE_CWN) * 5 * U*4 * 3 * [0,4] * LEPTONS * LISOL_CWN(NLE_CWN)* 5 * U*4 * 3 * [0,4] * LEPTONS * LISOL_CWN(NLE_CWN) * 6 * I*4 * * * LEPTONS * LFATH_CWN(5,NLE_CWN)* 6 * I*4 * * * LEPTONS * LFATH_CWN(5,NLE_CWN) * 1 * I*4 * * [0,100] * GAMMAS * NGAM_CWN* 1 * I*4 * * [0,100] * GAMMAS * NGAM_CWN * 2 * R*4 * * * GAMMAS * PG_CWN(4,NGAM_CWN)* 2 * R*4 * * * GAMMAS * PG_CWN(4,NGAM_CWN) * 3 * U*4 * 3 * [0,4] * GAMMAS * LISGAM_CWN(NGAM_CWN)* 3 * U*4 * 3 * [0,4] * GAMMAS * LISGAM_CWN(NGAM_CWN) * 1 * I*4 * * [0,50] * JETS * NJG_CWN* 1 * I*4 * * [0,50] * JETS * NJG_CWN * 2 * R*4 * * * JETS * PJG_CWN(4,NJG_CWN)* 2 * R*4 * * * JETS * PJG_CWN(4,NJG_CWN) * 3 * U*4 * 11 * [0,2000] * JETS * MRKJET_NJG(NJG_CWN)* 3 * U*4 * 11 * [0,2000] * JETS * MRKJET_NJG(NJG_CWN) * 4 * R*4 * * * JETS * BTAG_NJG(NJG_CWN)* 4 * R*4 * * * JETS * BTAG_NJG(NJG_CWN) * 5 * I*4 * * * JETS * JFATH_CWN(5,NJG_CWN)* 5 * I*4 * * * JETS * JFATH_CWN(5,NJG_CWN) ************************************************************************************************************************************ * Block * Entries * Unpacked * Packed * Packing Factor ** Block * Entries * Unpacked * Packed * Packing Factor * ************************************************************************************************************************************ * TRANCH * 69943 * 12 * 12 * 1.000 ** TRANCH * 69943 * 12 * 12 * 1.000 * * PTMIS * 69943 * 24 * 24 * 1.000 ** PTMIS * 69943 * 24 * 24 * 1.000 * * LEPTONS * 69943 * 4804 * Var. * Variable ** LEPTONS * 69943 * 4804 * Var. * Variable * * GAMMAS * 69943 * 2004 * Var. * Variable ** GAMMAS * 69943 * 2004 * Var. * Variable * * JETS * 69943 * 2204 * Var. * Variable ** JETS * 69943 * 2204 * Var. * Variable * * Total * --- * 9048 * Var. * Variable ** Total * --- * 9048 * Var. * Variable * ************************************************************************************************************************************ * Blocks = 5 Variables = 20 Max. Columns = 2262 ** Blocks = 5 Variables = 20 Max. Columns = 2262 * ************************************************************************************************************************************

In CMSJET non occorre fare ricostruzioni “manuali”: le ntuple forniscono le In CMSJET non occorre fare ricostruzioni “manuali”: le ntuple forniscono le informazioni sugli “oggetti”.informazioni sugli “oggetti”.

EtmissEtmiss

LeptoniLeptoni

GammaGamma

JetJet

Tools: PAWTools: PAW


Impatto sugli altri gruppiImpatto sugli altri gruppi

• E/gamma, muon:E/gamma, muon:

– 2200 l l++ll- - 11

0 0 importante per l’identificazione dell’end-point, ma non è importante per l’identificazione dell’end-point, ma non è

necessaria una grande precisione.necessaria una grande precisione.

• JETMET:JETMET:– EEtt

missmiss importante per la soppressione dello SM importante per la soppressione dello SM

– Jet reconstruction importante per la risoluzione dei picchi e per il pile-upJet reconstruction importante per la risoluzione dei picchi e per il pile-up

SbottomSbottom GluinoGluino M(g) – M(b)M(g) – M(b)

SquarkSquark GluinoGluino M(g) – M(q)M(g) – M(q)

Il pile-up ad alta luminosità dà Il pile-up ad alta luminosità dà problemi nella catena di problemi nella catena di ricostruzione degli squark:ricostruzione degli squark:

•merging-splitting nel jetfindermerging-splitting nel jetfinder

• jet di pile-up selezionati come jet di pile-up selezionati come jet di segnalejet di segnale

Studi dettagliati sugli algoritmi di Studi dettagliati sugli algoritmi di jetfinding jetfinding

Sbottom chainSbottom chain

Squark chainSquark chain

PILE-UPPILE-UP


Impatto sugli altri gruppiImpatto sugli altri gruppi

Risoluzione dei picchi:Risoluzione dei picchi:

Dipendenza dalla finestra Dipendenza dalla finestra scelta per la massa della scelta per la massa della coppia di leptoni.coppia di leptoni.

Limite inferiore Limite inferiore 8%8%Et

miss > 150 GeV

SbottomSbottom

GluinoGluino

01

~bb~

bb~~~ 021,2 bbbbgpp

Eventi forzati per 4000 fbEventi forzati per 4000 fb-1-1, , M(ll) = 0.2 GeVM(ll) = 0.2 GeV

La separazione dei due sbottom La separazione dei due sbottom non è possibile per la risoluzione.non è possibile per la risoluzione.


Impatto sul b-tauImpatto sul b-tau

Descrizione del tracker: FATSIM package (CMS IN 2000/034):Descrizione del tracker: FATSIM package (CMS IN 2000/034):

• Ricostruzione delle tracce fatta tramite parametrizzazioni da CMSIM 121;Ricostruzione delle tracce fatta tramite parametrizzazioni da CMSIM 121;

• b-tagging: almeno 2 tracce con pb-tagging: almeno 2 tracce con ptt>0.9 GeV in un cono di >0.9 GeV in un cono di R = 0.4 attorno all’asse del R = 0.4 attorno all’asse del

jet. La variabile di tagging è la significatività sul IP della seconda traccia.jet. La variabile di tagging è la significatività sul IP della seconda traccia.


SbottomSbottom GluinoGluino

MassaMassa

LarghezzaLarghezza

Efficienza Efficienza di segnaledi segnale

Il b-tagging ha effetto sulla massa, sulla risoluzione e sull’efficienza dei Il b-tagging ha effetto sulla massa, sulla risoluzione e sull’efficienza dei picchi per gli sbottom e i gluini.picchi per gli sbottom e i gluini.

Algoritmi più sofisticati possono migliorare la qualità dei picchi.Algoritmi più sofisticati possono migliorare la qualità dei picchi.


Impatto sul b-tauImpatto sul b-tau

tan tan = 10 = 10 tan tan = 20 = 20

tan tan = 35 = 35

Ad alti valori di tan Ad alti valori di tan non è possibile non è possibile ricostruire picchi attraverso ricostruire picchi attraverso 22

00 l l++ll- - 1100

Il canale Il canale 2200 ++- - 11

0 0 è complementare e lo è complementare e lo

stesso studio potrebbe essere ripetuto stesso studio potrebbe essere ripetuto partendo da questopartendo da questo

(algoritmi di tau-tagging)(algoritmi di tau-tagging)


ConclusioniConclusioni

• Con la fast simulation, sono stati trovati risultati interessanti dal punto di vista della fisica

• Il canale può essere interessante per tools riguardanti:

– Jetfinding (pile-up, risoluzioni di picchi)

– b-tagging (miglioramento dell’efficienza e della risoluzione per gli sbottom)

– Tau-tagging (ricostruzione attraverso il canale 2200 ++- - 11

0 0 ))

Ricostruzione di squark, sbottom e gluini Massimiliano Chiorboli Catania.

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