5.2 Outils de recherche du Higgs
5.2.3 Determination de l'energie des jets
La connaissance precise de l'energie des jets intervient dans la reconstruction de la masse in-variante. Elle est d'autant plus importante dans le cadre de la recherche du Higgs que la masse reconstruite des jets associes aux deux b constitue la principale variable discriminante entre une resonance et le fond continu Drell Yann, voire entre plusieurs resonances voisines. Elle fait intervenir deux aspects d'egale importance: la determination de l'echelle absolue de l'energie des jets, ou etalonnage, et la connaissance de la resolution associee a cette mesure.
Etalonnage de l'echelle d'energie
L'etalonnage des jets consiste a relier l'energie du jet mesuree dans les calorimetres a celle des partons interagissant par interaction forte lors de la collision pp, comme l'illustre la Fig.5.92. Dans les faits, l'etablissement de cette relation est limitee par de nombreux facteurs tant experimentaux que de modelisation. Elle necessite ainsi l'application de corrections sur l'energie \brute"mesuree, qui dependent en general de la de nition du jet de particules, de son energie, et de sa localisation dans le detecteur. Deux types d'eets aectent la mesure de l'energie des jets:
Les biais systematiques aectant la mesure calorimetrique 67]. Ils aectent la valeur moyenne centrale et sont dependants de la luminosite, comme de la localisation du jet dans le calorimetre. Ils comprennent les eets suivants:
{
la presence de dep^ots apparaissant lors de la recombinaison des partons spectateurs (appele \underlying event") ils se revelent sous la forme d'energie ET deposee a peu pres uniformement dans le detecteur. Les corrections sont eectuees en moyenne et sont typiquement de l'ordre de 0.5 GeV par intervalle de &&)
{
l'empilement de plusieurs interactions qui, ajoute a l'eet precedent, peut causer une mauvaise estimation de l'energie mesuree dans la cellule du calorimetre. La dependance au nombre d'interactions peut cependant ^etre contr^olee au cours de prises de donnees eectuees a des luminosites instantanees (et donc des nombres d'evenements superposes) dierentes. L'incertitude liee a l'estimation de ces eets sur la mesure de l'energie est typiquement de 1 GeV par intervalle &&)
present dans le calorimetre et de l'electronique d'acquisition elle-m^eme. Cet eet est contr^ole par la calibration de l'electronique et les mesures en faisceau-test
{
la non-linearite de la reponse du calorimetre et la presence de zones mortes dans le detecteur.Figure 5.92: Principe de l'etalonnage d'un jet de par-ticules: relier l'energie et la direction des partons pro-duits lors de l'interaction forte, aux \jets" formes a partir des dep^ots d'energie et des impulsions des traces chargees mesurees respectivement dans le calorimetre et les detecteurs de traces
La de nition du jet hadronique 68]: en eet, toute dierence entre l'energie et la direction du jet reconstruit avec l'energie et la direction du parton initial est source d'erreur de mesure. Plusieurs types d'algorithmes appliques aux cellules du calorimetre sont possibles pour reconstruire un jet de particules. Par exemple, l'algorithme dit \de c^one"b^atit un c^one de dimension &R = p
&
2+ &)2 autour de la direction principale du jet, de nie comme le barycentre des cellules touchees. Dans ce cas il appara^ t alors qu'un c^one trop etroit ne contiendra pas completement les particules engendrees par le parton initial, tandis qu'un c^one trop large n'assurera pas une bonne separation entre des jets voisins. Dans les deux cas, la contribution des radiations de gluons emis par un autre parton et la contribution de dep^ots dus a l'empilement d'evenements dierent. Dans tous les cas, les techniques employees peuvent resulter en une estimation erronee de l'energie vraie du jet. Plusieurs techniques sont utilisees pour l'etalonnage de l'energie des jets.
hadrons isoles dont l'impulsion est connue. En periode de prises de donnees, la comparaison entre la mesure des moments de particules chargees et leur dep^ot dans le calorimetre permet d'acceder au rapport E
=
p et d'etalonner ainsi la mesure d'energie sur la determination plus precise des detecteurs de traces. Cependant, ces methodes sont ables lorsque les particules utilisees sont isolees et non pour des jets de particules. C'est pourquoi, a D comme a CDF, une autre methode est utilisee.Cette methode consiste a etalonner la reponse du detecteur a une gerbe hadronique en reliant l'echelle hadronique a l'echelle electromagnetique, connue plus precisement. Elle repose sur la selection d'evenements
+jet. Le principe de conservation de l'impulsion dans le plan transverse impose alors la topologie dos-a-dos du photon et du jet, chacun emportant la moitie de l'energie. La mesure precise de l'energie du photon conduit ainsi en principe a celle du jet. La Fig.5.93 represente le facteur correctif global, convolution des eets decrits, sur l'energie d'un jet a D au RunI . L'amplitude du facteur correctif s'etend de -5 a 15% et varie en fonction de l'energie du photon. L'incertitude avec laquelle ce facteur est determine est comprise entre 1.7 et 3.0% limitee statistiquement. Elle sera reduite signi cativement au Run II.Figure 5.93: Facteur correctif a l'echelle d'energie mesuree a D avec l'incertitude as-sociee 69].
Resolution de l'energie des jets
Une fois ces corrections appliquees, l'energie ainsi reconstruite est degradee par les eets de resolution 66]. Celle-ci s'ecrit alors comme indiquee dans la section experimentale:
E E = s C2+ SE +2 NE22La resolution des jets est determinee a l'aide d'echantillons d'evenements comprenant exactement deux jets au dessus d'un certain seuil.
Dans le plan transverse en eet, la conservation de l'energie impose que les deux jets soient dos a dos et emportent la m^eme energie. Toute dierence signi cative entre les energies respectives des deux jets est alors interpretee comme un eet de resolution. Cette derniere est reliee au parametre d'asymetrie dans la distribution des energies:
= ET1;ET2
par la relation:
ETET
=p
2
ALa Fig.5.94 decrit les performances obtenues en fonction de l'energie des jets durant le Run I avec les donnees de D et de CDF. Dans ce dernier cas, l'utilisation des impulsions mesurees par le detecteur de traces combinee avec les mesures du calorimetre montrent une amelioration de 30% relativement a une methode exclusivement basee sur le calorimetre. Ces performances sont comparees avec la parametrisation utilisee pour les etudes preparatoires du Run II presentees Ref. 39]. Une resolution de 11.5% est obtenue pour des jets de 50 GeV au Run I.
Figure 5.94: Resolution pour les jets a D et CDF en fonction de l'energie au Run I. La gure reporte les resultats des mesures de D et de CDF utilisant la methode decrite dans le texte. Elle inclut aussi la methode amelioree de CDF ajoutant les informations du tracker a celles du calorimetre. Enn les points montrent le resultat des simula-tions utilisees dans les etudes preliminaires au Run II 39].
Cependant plusieurs eets viennent aecter cette methode. Tout d'abord la selection d'evenements \deux jets"depend du seuil utilise, typiquement de l'ordre de 8-10 GeV. Cette selection est donc sensible a de faibles radiations des jets, venant perturber la recontruction des directions et energie des jets. Ensuite, le m^eme algorithme de reconstruction des jets peut aussi conduire a des dierences relatives d'un jet par rapport a l'autre si ceux-ci sont d'extension spatiale sensiblement dierente.
Conclusion
Au Run II, la methode d'etalonnage par
+jet bene ecera d'une statistique accrue d'un facteur 20 au moins. Conjointement, l'etalonnage du calorimetre EM, eectue a l'aide des resonances J