Algorithmes d’identification

Les critères d’identification des électrons centraux (|η| < 2.47) du Run-1 sont construits à partir des variables d’identification définies dans les Tables4.1 (va-riables calorimétriques) et 4.2 (variables de traces) et détaillées dans le docu-ment suivant [91].

Plusieurs catégories de variables permettent de retranscrire la signature expé-rimentale d’un électron :

— Largeur de la gerbe

L’interaction d’un électron avec la matière du détecteur génère une gerbe fine dont le diamètre contraste avec celui des gerbes déposées par les ha-drons, en général plus larges. Les variables R_η (en haut à gauche de la Figure 4.2), R_φ, ω_η2 permettent de retranscrire cette propriété à partir de la seconde couche du calorimètre électromagnétique tandis que la variable ω_stot le fait à partir de la première, plus finement segmentée en η. Par ailleurs, des processus tels que π0 → γγ produisent un amas électroma-gnétique unique, difficile à discriminer de l’interaction d’un électron ou d’un photon avec le détecteur. De tels processus sont rejetés par la variable E_Ratio (en haut à droite de la Figure 4.2) sensible à leur distribution en énergie à deux pics.

— Profondeur de la gerbe

La gerbe d’un électron est courte si bien qu’elle est, en général, contenue dans le calorimètre électromagnétique. Les gerbes hadroniques sont en gé-néral plus longues et peuvent déposer une quantité importante d’énergie

f. Ensemble des objets électrons reconstruits à partir de particules différant des électrons provenant du vertex primaire. Les électrons issus de la désintégration d’un b-jet sont considérés

Type Description Nom

Rapport hadronique

Rapport entre l’énergie transverse déposée dans RHad1

la première couche du calorimètre hadronique (EHad1 T ) et celle déposée dans le calorimètre électromagnétique EEM

T

(utilisé pour |η| < 0.8 ou |η| > 1.37)

Rapport entre l’énergie transverse déposée dans le R_Had calorimètre hadronique (EHad

T ) et celle déposée dans le calorimètre électromagnétique EEM

T

(utilisé dans l’intervalle 0.8 < |η| < 1.37)

3eme couche du Rapport entre l’énergie déposée dans la 3ème couche et f₃ du calorimètre EM l’énergie totale du calorimètre électromagnétique

Largeur latérale : ^q(ΣE_iη2

i)/(ΣE_i) − ((ΣE_iη_i)/(ΣE_i))2 ω_η2 E_i et η_i étant l’énergie la pseudorapidité de la cellule i.

La somme est calculée dans une fenêtre de 3 × 5 cellules

couche centrale du Rapport entre les énergies déposées dans des fenêtres R_φ calorimètre EM de 3 × 3 et de 3 × 7 cellules centrées sur la position

du dépôt d’énergie

Rapport entre les énergies déposées dans des fenêtre R_η de 3 × 7 et de 7 × 7 cellules centrées sur la position

du dépôt d’énergie

Largeur de gerbe, ^q(ΣE_i(i − i_max)2)/(ΣE_i), avec i ω_stot indexant les cellules dans une fenêtre de

∆η × ∆φ ≈ 0.0625 × 0.2, contenant typiquement 20 cellules en η et i_max désignant la cellule 1ère couche du de plus haute énergie

calorimètre EM Rapport entre les énergies de la cellule la plus E_Ratio énergétique et celle de la seconde cellule

la plus énergétique

Rapport entre les énergies déposées dans la f₁ première couche et le dépôt d’énergie total

dans le calorimètre électromagnétique

Table 4.1. – Définition des variables discriminantes utilisant la forme du dépôt d’énergie dans les calorimètres.

Type Description Nom Qualité des Nombre de coups dans la couche interne du n_Blayer

traces détecteur à pixel (b layer)

Nombre de coups dans le détecteur à pixel nPixel Nombre total de coups dans les détecteurs n_Si à pixel et dans le SCT

Paramètre d’impact transverse calculé à d0 partir de la direction du faisceau

TRT Nombre total de coups dans le TRT n_TRT

Rapport entre le nombre de coups à haut seuil F_HT et le nombre coups total dans le TRT

Association entre ∆η entre les positions du dépôt d’énergie ∆η trace et dépôt et de la trace extrapolée jusqu’au milieu du calorimètre EM

∆φ entre les positions du dépôt d’énergie ∆φ et de la trace extrapolée jusqu’au milieu du calorimètre EM

Rapport entre l’énergie déposée dans E/p le calorimètres EM et l’impulsion de la trace

Conversions Rejet des objets associés aux photons convertis isConv Table 4.2. – Définition des variables discriminantes utilisant la trace associée au

dans le calorimètre hadronique. Les variables f₃ et R_Had(1) (au milieu à gauche de la Figure4.2) permettent de retranscrire cette propriété à partir de l’énergie déposée dans la 3èmecouche du calorimètre électromagnétique, et celle déposée dans le calorimètre hadronique.

— Rayonnement de transition dans le TRT

Lors de son passage dans le TRT l’électron a de forte chance d’émettre un rayonnement de transition en traversant les feuilles de polypropylène pré-sentes dans ce sous-détecteur. Cette propriété caractéristique des électrons est retranscrite par la variable F_HT (au milieu à droite de la Figure 4.2). Cette variable est uniquement définie dans les régions où le TRT est pré-sent (|η| < 2).

— Qualité des traces

Afin de garantir la qualité de l’association entre trace et amas, un nombre minimum de coups dans les différentes sous-parties du trajectographe in-terne (n_Si, n_Pix, n_Blayer et n_TRT) est requis. Ce type de coupures permet par exemple, de mieux discriminer les électrons des photons convertis ou des produits de désintégrations des b-jets.

— Qualité de l’association traces-amas

Les variables ∆η (en bas à gauche de la Figure 4.2), ∆φ et E/p (en bas à droite de la Figure 4.2) sont utilisées pour assurer la qualité de l’associa-tion entre traces et amas, à partir des différences de posil’associa-tion angulaire et d’énergie entre ces deux objets.

Le critère d’identification principal des électrons utilisé en-ligne et hors-ligne en 2012 était défini à partir d’une séquence de coupures sur les variables d’iden-tification (cut-based). Des critères d’idend’iden-tification alternatifs, utilisant les densi-tés de probabilidensi-tés de chacune des variables discriminantes (likelihood), avaient également été mis au point hors-ligne. Afin de pouvoir s’adapter aux différents besoins des analyses de physique, trois points de fonctionnement ont été définis pour le menu cut-based : loose (relâché), medium (moyen) et tight (sévère). Le critère loose, défini à partir des variables décrivant la largeur de la gerbe élec-tromagnétique, la fraction d’énergie déposée dans le calorimètre hadronique, la qualité de la correspondance entre traces et amas en η et la qualité de la trace, garantit une efficacité de l’ordre de 95%. Des critères sur le paramètre d’impact transverse, le rayonnement de transition et la profondeur de la gerbe sont ajoutés pour définir le critère medium, permettant d’augmenter le rejet du bruit de fond d’un facteur 5 sans trop diminuer l’efficacité de signal (88%). Enfin, le critère tight, dont le but est d’assurer le meilleur rejet du bruit de fond possible, est dé-fini en ajoutant les critères de correspondance trace-amas sensibles à l’émission

η R 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.1 0.2

ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons Ratio E 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.05 0.1 0.15

ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons Had1 R 0.1 − 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3

ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons HT F 0 0.2 0.4 0.6 0 0.05 0.1

0.15 ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons η ∆ 0.02 − −0.01 0 0.01 0.02 0 0.05 0.1

ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons E/p 0 2 4 6 8 10 0 0.1 0.2

ATLAS Work In Progress

>=40 / 14 TeV µ Simulation, <

prompt electron non isolated electron background electron hadrons

Figure 4.2. – Distributions de variables discriminantes extraites de la simulation de collisions à 14 TeV avec un bruit d’empilement de < µ >= 40. Les variables

Rη (en haut à gauche), E_Ratio (en haut à droite) et R_Had1 (au milieu à gauche) reflètent la forme de la gerbe, F_HT (au milieu à droite) l’émission de rayonnement de transition et ∆η (en bas à gauche) et E/p (en bas à droite) la correspondance entre traces et amas. Les distributions sont montrées pour des électrons issus de bosons Z ou W (traits noirs), des électrons issus de la désintégration de quarks b ou c (pointillés bleus), des électrons issus de désintégrations de Dalitz ou de la conversion d’un photon (pointillés bleus clairs) et pour des objets hadroniques non associés à un électron (lignes rouges).

de rayonnement de freinage. Ce critère permet de multiplier par deux le rejet du bruit de fond du menu medium pour une efficacité de 77%. Dans le but de

s’adapter à la géométrie du calorimètre électromagnétique, 10(9) intervalles ont été considérés pour la définition des critères cut-based (likelihood). De manière similaire, 11(6) intervalles en p_Tont été considérés pour la définition des critères d’identification cut-based (likelihood), pour permettre de s’adapter à l’évolution de la forme des variables discriminantes et des besoins en terme de rejet du bruit de fond en fonction de l’impulsion transverse. Les performances de ces critères d’identification ont été mesurées dans les données 2010, 2011 et 2012 à partir d’événements Z → ee en utilisant la méthode tag-and-probe et sont présentées dans les documents [92,96,123].