La g´en´eration de l’´echantillon final

Trois ´etapes sont n´ecessaires pour construire l’´echantillon final qui servira pour l’ajustement : – la s´election des candidats,

– le choix du candidat dans l’´ev´enement, – le choix de la charge du candidat.

4.4.1 La s´election

Une s´erie de coupures permet de d´eterminer quels candidats garder, dont la configuration est la plus proche de celle attendue dans la d´esint´egration B⁰→ ρ^∓h^±.

– La masse du ρ du candidat s´electionn´e est comprise dans l’intervalle [0.4; 1.3 GeV/c2]. Cette variable est repr´esent´ee Fig. 4.5.

– La r´egion d’interf´erence entre ρ⁺π⁻et ρ⁻π⁺du diagramme de Dalitz est exclue en rejetant le candidat si m_π+π0 et m_π−π0 sont tous deux dans l’intervalle [0.4; 1.3 GeV/c2]. Cette

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

M_rec(ρ)(GeV/c²) unit ´e arbitraire

Fig. 4.5 – Distribution de la masse reconstruite du ρ. Les points noirs repr´esentent la distri-bution du signal de Monte-Carlo correctement reconstruit et l’histogramme le bruit de fond du continuum. Seuls les ´ev´enements dont la masse du ρ est comprise entre les deux fl`eches sont conserv´es par la s´election.

coupure est introduite pour correspondre `a l’approche “quasi deux corps” adopt´ee dans cette ´etude (voir § 4.1.1).

– Une coupure sur l’h´elicit´e du ρ : |cos θπ| > 0.25. (voir Fig. 4.2)

– Plusieurs coupures relatives `a la qualit´e de l’´energie des photons utilis´es sont demand´ees. Tout d’abord, l’´energie des photons est sup´erieure `a 50 MeV, pour am´eliorer la pr´ecision de la mesure. D’autre part, les gerbes dues aux hadrons sont rejet´ees en examinant leur forme lat´erale, plus ´etendue pour les hadrons que pour les photons. La lat´eralit´e est la moyenne de l’´energie d´epos´ee dans les cristaux pond´er´ee par les carr´es des distances entre les cristaux et le centre de l’amas, `a l’exclusion de l’´energie d´epos´ee dans les deux cristaux avec d´epˆot maximum. Cette moyenne est normalis´ee `a l’´energie totale. Le crit`ere de qualit´e appliqu´e est que la lat´eralit´e est comprise entre 0.01 et 0.6.

– La masse du π⁰ est contrainte dans l’intervalle : 110 ≤ mπ0 ≤ 160 MeV/c².

– m_ES et ∆E (voir § 4.5) sont contraints dans les intervalles 5.23 ≤ mES ≤ 5.29 GeV/c² et −120 ≤ ∆E ≤ 150 MeV.

– Des coupures sur la qualit´e de la mesure de ∆t sont demand´ees : |∆t| < 20 ps et σ∆t < 1.5 ps.

– Une coupure permet de rejeter les bruits de fond BB `a deux corps : m<sub>ππ</sub> < 5.14 GeV/c<sup>2</sup> o`u m_ππ est la masse invariante d’une quelconque paire de traces constituant le candidat (voir § 4.9.)

– La qualit´e des ´ev´enements dont la trace charg´ee c´elibataire entre dans le DIRC est la suivante : le nombre de photons d´etect´es doit ˆetre sup´erieur `a 5. Pour ces ´ev´enements, un veto contre les protons est par ailleurs r´ealis´e en demandant que l’angle Cherenkov reconstruit soit `a moins de 15 mrad de l’angle attendu pour l’une des deux hypoth`eses de masse pion ou kaon. Pour 15% des ´ev´enements, la trace charg´ee c´elibataire ne rentre pas dans l’acceptance du DIRC. Ces ´ev´enements sont n´eanmoins conserv´es, mais aucune information sur l’angle Cherenkov n’est enregistr´ee.

– Un veto contre les kaons et les protons est r´ealis´e sur la trace charg´ee composant le ρ. Le veto contre les kaons combine les informations de perte d’´energie par unit´e de longueur du SVT et de la chambre `a d´erive, et la mesure de l’angle Cherenkov dans le DIRC, et permet de rejeter de l’ordre de 80% des kaons dans la gamme d’impulsions s´electionn´ee, tout en conservant plus de 97% des pions. Le veto contre les protons combine ´egalement les informations du SVT, de la chambre et du DIRC, et aussi celle du calorim`etre, et rejette de l’ordre de 50% des protons dans la gamme d’impulsions s´electionn´ee, et conserve de l’ordre de 97% des pions. Ces valeurs sont obtenues dans des ´echantillons de contrˆole, et d´ependent de la cin´ematique des traces d´etect´ees.

– Un veto contre les ´electrons est r´ealis´e sur les deux particules charg´ees en combinant l’information d’identification des particules de tous les sous d´etecteurs, dont principalement le rapport ´energie sur impulsion mesur´e avec le calorim`etre. Ce veto rejette environ 80% des ´electrons et conserve environ 97% des pions. Ces valeurs viennent d’´echantillons de contrˆole.

– Enfin, une coupure est demand´ee sur la sortie d’un r´eseau de neurones, qui sera d´ecrit § 4.6 : NN8 > 0.35.

La Tab. 4.2 r´esume l’efficacit´e cumul´ee de chaque coupure, pour les deux signaux recherch´es et pour le continuum. L’efficacit´e du signal B⁰ → ρ⁻K⁺ semble ici plus faible que pour le signal B0 → ρ+π−. Comme il sera vu § 4.4.3, le d´eficit de l’efficacit´e de B0→ ρ−K+ s’explique par le fait que les ´ev´enements de mauvaise charge sont mieux rejet´es par l’algorithme de s´election.

Coupure ε_uds(%) ε_B0→ρ∓π±(%) ε_B0→ρ−K+(%) ´ Etiquette BCCPi03body 5.05 67.04 65.45 Masse du ρ 3.56 64.16 62.48 Angle d’h´elicit´e 2.89 62.87 61.15 ´

Energie des photons 2.65 59.99 58.36

Lat´eralit´e des photons 2.48 57.83 56.26

Masse du π⁰ 2.38 56.56 55.10

Fenˆetre de m_ES 1.28 54.71 53.29

Fenˆetre de ∆E 0.37 46.70 43.94

Qualit´e de ∆t 0.34 44.70 42.06

Veto du bruit de fond 2 corps 0.33 44.02 41.94

Veto des kaons 0.29 43.50 39.46

Veto des ´electrons 0.28 43.03 39.14

Veto des protons 0.25 42.92 38.01

Qualit´e de l’information du DIRC 0.24 42.55 37.72

NN8> 0.35 0.02 31.04 27.50

Tab. 4.2 – Efficacit´e cumul´ee des diverses coupures, pour les deux canaux B0 → ρ∓π± et B⁰→ ρ⁻K⁺, et pour le continuum.

4.4.2 Le choix du candidat

En g´en´eral, apr`es la s´election, il reste plusieurs candidats. Ceci est reli´e `a la grande multipli-cit´e des candidats π⁰ `a basse impulsion, c’est `a dire lorsque cos θ_π est tr`es n´egatif. La Fig. 4.6 pr´esente le nombre de candidats par ´ev´enement apr`es la s´election finale. La multiplicit´e des candidats de signal est de 1.57 lorsque l’´energie du candidat π⁰ dans le laboratoire est inf´erieure `a 1.25 GeV (majoritairement cos θ_π < 0), et de 1.22 dans le cas contraire.

Pour les ´ev´enements `a multiples candidats, un algorithme est mis en place pour n’en s´e-lectionner qu’un, et celui-ci sera utilis´e dans l’ajustement final. Il est important de choisir un algorithme qui ne biaise pas la valeur des variables discriminantes, et qui pourtant est efficace pour retenir le candidat correctement reconstruit si celui-ci est pr´esent dans la liste des candidats s´electionn´es. Aucun algorithme ne r´epond `a ces deux crit`eres : la s´election consid`ere un nombre important de variables, et aucun algorithme efficace pour optimiser l’analyse n’a de corr´elation faible avec celle-ci. Aussi, le candidat est choisi al´eatoirement dans la liste de candidats passant la s´election.

La Tab. 4.3 pr´esente la fraction f_comb de signal mal reconstruit pour les deux canaux re-cherch´es. La combinatoire de traces de basse impulsion ´etant diff´erente suivant les cat´egories d’´etiquetage (voir § 4.8), cette fraction varie en cons´equence. On note par ailleurs que la fraction de signal mal reconstruit est plus faible dans le cas de B0 → ρ−K+ : en effet, ces ´ev´enements sont de deux types, de charge bien ou mal d´etermin´ee. Il se trouve que cette deuxi`eme population est fortement r´eduite dans le cas de B0→ ρ−K+ (voir § 4.4.3), et ainsi, la population totale de signal mal reconstruit s’en trouve diminu´ee.

4.4.3 Le choix de la charge du candidat

Pour pouvoir utiliser les formules (4.6) et (4.7) dans l’ajustement, il est n´ecessaire de d´eter-miner la charge de l’´etat final : ρ⁺h⁻ ou ρ⁻h⁺. Cette charge est d´etermin´ee exp´erimentalement par des consid´erations cin´ematiques. Il est possible d’envisager plusieurs algorithmes pour ce

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

PSfrag replacements nombre de candidats unit ´e arbitraire

Fig.4.6 – Nombre de candidats possibles par ´ev´enement apr`es la s´election finale pour le Monte-Carlo de signal B0 → ρ+π−.

f_comb (%) Signal B0 → ρ+π− Signal B0 → ρ−K+

Moyenne 30.7 28.2 Lepton 19.8 18.0 Kaon1 28.3 25.9 Kaon2 33.1 29.6 Inclusive 30.5 28.7 NoTag 33.8 31.4

choix, chacun d’entre eux ´etant sujet d’une certaine proportion d’erreur, qu’il est n´ecessaire de prendre en compte dans l’ajustement. L’effet de cette mauvaise d´etermination de la charge est de diluer l’information n´ecessaire `a la mesure des asym´etries recherch´ees.

L’algorithme de s´election permet d’associer une charge d’´etat final de fa¸con non ambigu¨e, par ses coupures sur la masse du ρ : en effet seule une des deux hypoth`eses ρ⁺h⁻ ou ρ⁻h⁺peut passer la coupure sur la masse du ρ. Des algorithmes plus complexes, capables de r´eduire la probabilit´e de mauvaise d´etermination de la charge, mais contradictoires avec la charge associ´ee par la s´election, ont ´et´e envisag´es, mais rejet´es car au final, ils ne permettent pas de r´eduire l’erreur sur les mesures r´ealis´ees dans cette analyse.

La Tab. 4.4 pr´esente la fraction du signal mal reconstruit dont la charge de l’´etat final est in-correcte. Cette fraction est plus faible pour le canal B⁰ → ρ⁻K⁺que pour le canal B⁰→ ρ⁺π⁻: ceci peut ˆetre compris par des arguments qualitatifs. En effet, en n´egligeant en premi`ere approxi-mation la combinatoire des traces charg´ees, les candidats du signal B0 → ρ−K+ reconstruits avec la mauvaise charge sont ceux pour lesquels les deux traces charg´ees des vraies d´esint´egra-tions B<sup>0</sup> → ρ<sup>−</sup>K<sup>+</sup> initiales ont ´et´e combin´ees avec des paires de photons arbitraires du reste de l’´ev´enement. Pour construire des candidats de mauvaise charge, il s’est trouv´e que la masse invariante entre ces photons et le kaon initial ´etait proche de la masse du ρ, et ainsi, la charge donn´ee au candidat est celle du kaon (la mauvaise charge). En fait, la s´election oppose un veto contre les kaons pour la particule composant le ρ, et donc cette population est coup´ee consi-d´erablement. La fraction est `a peu pr`es constante avec la cat´egorie d’´etiquetage, et des valeurs s´epar´ees ne sont pas consid´er´ees.

Signal B0→ ρ+π− 21.2% Signal B⁰→ ρ⁻K⁺ 5.3%

Tab.4.4 – Fraction du signal mal reconstruit dont la charge est incorrecte pour les deux canaux recherch´es.

Dans le document Étude de modes de désintégration non charmée du méson B et recherche de la violation de la symétrie CP (Page 89-94)