D´eveloppements algorithmiques

Construction de l’objet ´electron

Comme d´ecrit dans le paragraphe 1.4 sur le mod`ele de calcul d’Atlas, les formats de donn´ees ESD et AOD permettent d’acc´eder aux informations des objets reconstruits egamma dans une forme compl`ete au niveau ESD ou dans la forme “Electron” et “Photon” au niveau des AOD. A un objet sont associ´ees des informations g´en´erales :

- un quadri-vecteur form´e de la reconstruction de l’´energie dans l’amas du calorim`etre et des angles provenant soit des informations du trajectographe soit des informations du calorim`etre ;

- un identifiant de l’auteur de l’algorithme de reconstruction, soit commencant par un amas ´electromagn´etique soit commencant par une trace ;

- l’amas associ´e `a l’objet ;

- la trace associ´ee, le cas ´ech´eant, `a l’objet ; - la conversion associ´ee, le cas ´ech´eant, `a l’objet ;

- des informations donnant les r´esultats des diff´erents algorithmes d’identification. De plus des informations d´etaill´ees sont disponibles sur :

- la forme des gerbes ´electromagn´etiques ; - l’association amas-trace ;

- la possible identification d’une conversion ;

- la reconstruction de l’impulsion en prenant en compte le rayonnement de freinage. Si une trace est associ´ee alors cet objet formera un “Electron”, sinon il formera un “Photon”. La classification des ´electrons de conversions comme “Photon” est en cours d’´elaboration.

3.

S ´EPARATION ´ELECTRONS/JETS

Formation des amas de cellules

La taille des amas rectangulaires cr´e´es par l’algorithme de fenˆetre glissante est `a optimiser selon le type de particule et selon la partie (tonneau/bouchon) o`u l’on se trouve. Ce r´esultat d´ecoule des ´etudes effectu´ees dans le cadre du TDR de physique avec la version fortran du pro-gramme de reconstruction. Dans la version d’Athena disponible durant de nombreuses ann´ees et en particulier pour l’essentiel des r´esultats pr´esent´es dans ce document, une seule taille 5× 5 ´etait g´er´ee par l’algorithme de reconstruction des ´electrons. C’est uniquement pour les analyses CSC en cours que les diff´erentes tailles d’amas est `a nouveau disponible.

Par ailleurs l’algorithme de reconstruction des amas de cellules de taille variable, appel´e topologique, qui a ´et´e d´evelopp´e pour la reconstruction des jets, a ´et´e adapt´e pour la reconstruc-tions des amas ´electromagn´etiques. La recherche des gerbes ´electromagn´etiques s’effectue en recherchant des cellules graines dans le compartiment central au-dessus d’un certain seuil du bruit dans la cellule. Deux autres seuils permettent `a l’amas d’accr´eter des cellules. Cet algo-rithme n’est pas encore utilisable par d´efaut pour la reconstruction des ´electrons. Toutefois des r´esultats relatifs `a son utilisation peuvent ˆetre obtenus dans la r´ef´erence suivante [88].

Le rayonnement de freinage et les ´electrons de conversion

La mesure pr´ecise des objets ´electromagn´etiques est perturb´ee par la pr´esence de mati`ere devant le calorim`etre, entre 0,3 et 1,5 longueurs de radiation `a la sortie du d´etecteur interne comme montr´e sur la figure 1.5, avec un maximum autour deη= 1, 5, correspondant au passage de cˆables et de tuyaux de refroidissement du d´etecteur interne entre les bouchons et l’extr´emit´e du tonneau. Une telle longueur de radiation signifie que la gerbe ´electromagn´etique peut com-mencer dans le d´etecteur interne et laisser une partie de son ´energie en amont du calorim`etre. Cet effet est corrig´e en pond´erant en fonction de l’´energie du pr´e-´echantilloneur et du premier compartiment du calorim`etre. De surcroˆıt la conversion d’un photon ou l’´emission d’un photon de rayonnement de freinage dur `a petit rayon peut, en raison du champ magn´etique, causer une fuite d’´energie en dehors de l’amas, causant une traˆıne vers les basses ´energies. De nombreuses ´etudes sont en cours avec le d´eveloppement de plusieurs algorithmes. Ces d´eveloppements ne seront disponibles que pour les notes CSC et pas pour les ´etudes de ce manuscrit.

Les nouveaux d´eveloppements au niveau de l’algorithme de reconstruction des traces per-mettent d’am´eliorer la reconstruction des conversions, voire rendent possible la reconstruction des reconstructions tardives, c’est `a dire dans les derni`eres couches de silicium, voire mˆeme dans le TRT seul. Ces informations ont manqu´e `a la plupart des analyses auxquelles j’ai par-ticip´e dans le cadre de DC1, en particulier celles concernant l’identification des photons, tout particuli`erement pour la recherche du boson de Higgs en deux photons.

3.5. QUELQUES D ´EVELOPPEMENTS ET R ´ESULTATS R ´ECENTS

3.5.2 Identification des ´electrons

Je pr´esente ici quelques r´esultats et d´eveloppement r´ecents auxquels j’ai particip´e. Une des-cription exhaustive des r´esultats les plus r´ecents (mais obtenus apr`es l’´ecriture de ce document) de l’algorithme de reconstruction des ´electrons de haute impulsion transverse, avec les donn´ees CSC, peut ˆetre obtenu dans la r´ef´erence [102].

Evolutions r´ecentes de l’identification

Pa rapport `a l’´etude pr´esent´ee plus haut une diff´erence majeure provient de l’´evolution du mod`ele d’´ev´enements pour les objets “Electron”. En effet ceux-ci supposent d´esormais impli-citement l’association d’une trace `a l’amas ´electromagn´etique, alors que cette association ´etait effectu´ee plus tardivement auparavant. Cette association est effectu´ee en deux ´etapes. En pre-mier lieu une association avec des crit`eres assez laches : un rapport E/p < 10 et une association angulaire∆η< 0, 05 et∆η< 0, 01 entre la position de l’amas et la position de la trace au niveau du vertex. Ensuite des crit`eres plus stricts sont appliqu´es, correspondants `a ceux d´ecrits au pa-ragraphe 3.4.1 :|∆η_{| = |}ηstrips

cluster−ηID| < 0,025 et −0,05 <∆φ =φmiddle

cluster −φID< 0, 025. Ainsi,

avec des ´electrons c´elibataires ayant une ´energie transverse ´egale `a 25 GeV, reconstruits avec la version d’Athena 12.0.6, seuls 87% d’entre eux ont une association trace-amas. Le tableau 3.3 donne l’efficacit´e d’identification des ´electrons alors obtenue. Cette efficacit´e n’est plus montr´ee avec une factorisation d’effets qui suivent l’utilisation successive des sous-d´etecteurs mais suivant des crit`eres de qualit´e associ´es `a l’identification [103] :

- “Loose” : application des crit`eres hadroniques et du deuxi`eme compartiment du calo-rim`etre ´electromagn´etique

- “Medium” : application de tous les crit`eres calorim´etriques et des crit`eres de bonne qualit´e des traces, `a l’exception de celui sur la couche b du d´etecteur `a pixels.

- “Tight” : l’ensemble des crit`eres d’identification.

εe(in %) low luminosity Loose 98, 4 ± 0,2 Medium 79, 9 ± 0,5 Tight 65, 2 ± 0,6

Tab. 3.3: Efficacit´eεe d’identification des ´electrons c´elibataires d’´energie transverse ET = 25 GeV. La

zone jonction dans le calorim`etre, situ´ee entre 1, 37 < |η_{| < 1,52, est exclue.}

Cette efficacit´e est plus basse d’environ 10% que celle obtenue dans le cadre de DC1. On no-tera toutefois les choses suivantes. On a vu sur la figure 1.5 que la quantit´e de mati`ere pr´esente dans la simulation Monte Carlo a augment´e, et ce de mani`ere assez importante, entre les Data Challenge DC1 et CSC. Les seuils des crit`eres, en particulier pour les variables calorim´etriques, sont donc `a r´eoptimiser. De plus les crit`eres sur le TRT ont ´et´e consid´erablement modifi´es. On

3.

S ´EPARATION ´ELECTRONS/JETS

avait remarqu´e que dans l’´etude DC1, l’efficacit´e d’identification du TRT seul ´etait de 95% alors qu’elle aurait dˆu ˆetre optimis´ee `a 90%. Ces seuils ont ´et´e r´eoptimis´es et renforc´es per-mettant d’atteindre les performances attendues de ce d´etecteur. Ainsi pour tous ces ´electrons c´elibataires, en prenant en compte l’efficacit´e d’association trace-amas et la zone jonction du calorim`etre ´electromagn´etique, l’efficacit´e d’identification des ´electrons est d’environ 55%.

Depuis les ´etudes DC1, de nombreuses autres m´ethodes d’identification ont ´et´e d´evelopp´ees. Elles n’utilisent plus des coupures sur chaque variable discriminante, mais la forme des distri-butions : rapport de vraisemblance, r´eseau de neurones, “H-matrix”. Notons que la m´ethode utilisant les coupures reste la r´ef´erence, de par sa relative facilit´e d’utilisation mais aussi par la robustesse des r´esultats et le haut niveau de performance toujours obtenu.