Etude des canaux e

!

eZ

,!qq

et 

!

eW

,!qq0

Ces ev enements sont caract eris es par un amas electromagn etique ainsi que 2 jets hadroniques ayant une grande energie transverse dans le calorimetre a argon liquide.

Les bruits de fond physiques sont les suivants:

- Courant Neutre en diusion profond ement in elastique:

reconstruits dans le calorimetre. - Photoproduction:

Ce bruit de fond est minoritaire et peut intervenir dans le cas ou un des jets est pris pour un electron.

Selection des evenements

Mis a part la masse invariante

qq

, la seule di erence entre ces 2 canaux vient du mode de pro-duction du lepton excit e: l' electron excit e est essentiellement produit par echange d'un photon alors que le neutrino excit e l'est par echange d'un

W

. Le moment de transfert

Q

2 etant bien plus grand pour le



, cela implique que l' etat nal dans le cas du



contiendra plus souvent un troisieme jet hadronique de grande energie transverse venant de la dissociation du proton. A titre d'exemple, les ev enements



possedent un troisieme jet dans environ 60% a 30% des cas, des petites aux grandes masses, alors que pour les ev enements

e

, c'est moins de 6%.

Pour la s election de ces ev enements je n'ai pas fait de distinction fondamentale entre les 2 canaux (voir les d etails de la s election), n eanmoins, si un troisieme jet est trouv e, les 2 jets ayant une masse invariante la plus proche de celle du

W

sont retenus pour l'analyse du



, et les 2 jets ayant une masse invariante la plus proche de celle du

Z

0 ont et e s electionn es pour le

e

. La s election, r esum ee dans le tableau 3, est bas ee sur l'identication de:

- un positron plut^ot vers l'avant, ayant un angle polaire

e

<

100o, et d' energie transverse sup erieure a 10 GeV. La coupure angulaire permet de rejeter le bruit de fond NC: la gure 5.16 montre les distributions des angles polaires pour le signal

e

et



par rapport aux ev enements NC.

- 2 jets d' energies transverses sup erieures a 20 GeV ayant 2 traces dans un c^one de 30o

centr e autour du jet et d'angle polaire sup erieur a 10o.

0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 M(e*) = 120 GeV/c2 Θ (positron) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 M(e^*) = 250 GeV/c² Θ (positron) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 NC DIS Θ (positron) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1 )

Figure 5.16: Angle polaire

du positron pour le signal

e

!

eZ

,!qq et le bruit de fond NC. Concernant la s election des jets, la coupure sur l'angle polaire elimine les ev enements trop a l'avant du d etecteur pour lesquels l' energie peut ^etre mal estim ee en cas de pertes dans le

S election 3: Conditions requises pour l'analyse des canaux

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0 1.

E

te

>

10 GeV et 10o

<

e

<

100o 2.

E

tj1j2

>

20 GeV et

j1j2

>

10o 3. 60 GeV

< M

j1j2

<

120 GeV

tube a vide. Celle sur le nombre de traces autour du jet permet d' eliminer le reste du bruit de fond non physique: l'identicateur de jets considere seulement les amas dans le calorimetre pour reconstruire un jet et aucun lien avec des traces n'est demand e, par cons equent un muon cosmique peut alors tres bien ^etre pris pour un jet. Le fait d'imposer en plus des traces autour du jet est un critere de qualit e suppl ementaire qui ne coupe pratiquement aucun ev enement du signal.

Ces deux coupures seront syst ematiquement appliqu ees pour l' etude des canaux avec un ou plusieurs jets dans l' etat nal.

Enn la masse invariante jet-jet doit ^etre assez elev ee pour reproduire les masses du

W

et du

Z

0. La distribution de la masse est repr esent ee sur la gure 5.17 et on peut remarquer que sa r esolution est moins bonne pour le



que pour le

e

. Cette di erence est due au fait qu'a grandes masses, le systeme du



etant emport e vers l'avant, les jets venant de la d esint egration du

W

sont aussi plut^ot a l'avant et par cons equent leur energie transverse est plus petite. Si un des jets possede une energie transverse en dessous de 20 GeV, alors le jet venant du proton peut ^etre consid er e pour le calcul de la masse invariante du

W

, ce qui en d egrade la r esolution.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Mean RMS 79.10 17.38

Masse invariante jet-jet (GeV)

dN/dM (0.2 GeV -1 ) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Mean RMS 82.62 11.04

Masse invariante jet-jet (GeV)

dN/dM (0.2 GeV

-1 )

Figure 5.17: Masse invariante jet-jet pour le signal

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0 g en er e a une masse de 250 GeV/c2.

Resultats

38 candidats restent apres la s election, pour un bruit de fond NC estim e de 48,4  3.0. La contribution venant de la photoproduction est de 0,4 ev enement, elle est n eglig ee dans la suite.

Les r esultats sont r esum es dans le tableau 5.7 et les ecacit es sur les signaux

e

et



sont d ecrites dans le tableau 5.8.

Pour l' evaluation du bruit de fond venant de la production directe de

W

 et de

Z

0, j'ai utilis e les ev enements g en er es par le Monte-Carlo EPVEC 64]. On s'attend a ce que ces contributions soient petites en raison de leur faible section ecace de production. Par ailleurs, il faut que le positron soit dius e dans le calorimetre a argon liquide, et dans ce cas, la section ecace est encore 10 fois plus petite. En demandant que l'angle du positron dius e soit inf erieur a 100o et son energie sup erieure a 10 GeV, alors le nombre d' ev enements evalu e, gr^ace au g en erateur, est de l'ordre de 2 sur les deux processus

W

 et

Z

0. Cette contribution etant petite par rapport a celle venant des NC, elle a et e n eglig ee pour l' evaluation totale du bruit de fond.

Canaux:

e

!

eZ

,!qq



!

eW

,!qq0

Candidats: 38

Bruit de fond: 48,4 3,0 NC DIS

Table 5.7: Nombre de candidats obtenus apres s election pour les canaux

e

!

eZ

,!qq

et



!

eW

,!qq0 et estimation du bruit de fond associ e.

M(

f

) GeV 95 120 150 200 250

"

(

e

!

eZ

,!qq) (%)

<

1 49 50 41,5 37

"

(



!

eW

,!qq0) (%) 35,5 47 49 39 28 Table 5.8: Ecacit es totales de d etection pour les canaux

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0, donn ees en pourcent et bas ees sur environ 1000 ev enements Monte-Carlo simul es pour chaque masse.

Les distributions en energie et angles polaires pour le positron et les 2 jets sont montr ees sur les gures 5.18, la distribution en energie longitudinale P

i(

E

i;

P

zi) par la gure 5.19, la masse invariante jet-jet par la gure 5.20 et la masse invariante totale positron-jet-jet par la gure 5.21, pour les candidats et le bruit de fond associ e normalis e en luminosit e int egr ee de l'exp erience.

L'estimation Monte-Carlo reproduit bien les donn ees, il n'y a aucun exces signicatif d' ev ene-ment pour ce canal.

événements avec 1 positron et 2 jets 10^-1 1 10 102 10 20 30 40 50 60 70 80 DIS NC Données H1 E_t (positron) (GeV) dN/dE t (0.2 GeV -1)

(a) Energie transverse du positron

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 102 0 20 40 60 80 100 120 140 DIS NC Données H1 Θ (positron) (degrés) dN/d Θ (0.1 degrés -1)

(b) angle polaire du positron

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 102 10 20 30 40 50 60 70 80 90 DIS NC Données H1 E_t (jet1) (GeV) dN/dE t (0.2 GeV -1)

(c) Energie transverse du 1er jet

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 102 0 20 40 60 80 100 120 140 DIS NC Données H1 Θ (jet1) (degrés) dN/d Θ (0.1 degrés -1)

(d) angle polaire du 1er jet

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 102 10 20 30 40 50 60 70 DIS NC Données H1 E_t (jet2) (GeV) dN/dE t (0.2 GeV -1)

(e) Energie transverse du 2 eme jet

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 102 0 20 40 60 80 100 120 140 DIS NC Données H1 Θ (jet2) (degrés) dN/d Θ (0.1 degrés -1)

(f) angle polaire du 2 eme jet

Figure 5.18: Energies transverses et angles polaires du positron et des 2 jets s electionn es pour l' etude des canaux

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0. Les donn ees sont repr esent ees par les carr es et le bruit de fond, normalis e a la luminosit e, par l'histogramme gris e.

événements avec 1 positron et 2 jets 10^-1 1 10 102 30 35 40 45 50 55 60 65 70 DIS NC Données H1 E - Pz (GeV) dN/d(E-P z ) (0.2 GeV -1)

Figure 5.19: Energie longitudinale P

i(

E

i ;

P

zi) des candidats s electionn es pour l' etude des canaux

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0. Les donn ees sont repr esent ees par les carr es et le bruit de fond par l'histogramme gris e.

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 10² 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 DIS NC Données H1

masse invariante jet-jet (GeV)

dN/dM (0.1 GeV

-1)

Figure 5.20: Masse invariante jet-jet des can-didats s electionn es pour l' etude des canaux

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0. Les donn ees sont repr esent ees par les carr es et le bruit de fond par l'histogramme gris e.

événements avec 1 positron et 2 jets

10^-1 1 10 10² 50 75 100 125 150 175 200 225 250 DIS NC Données H1

Masse Invariante positron-jet-jet (GeV)

dN/dM (0.05 GeV

-1 )

Figure 5.21: Masse invariante positron-jet-jet pour les candidats

e

!

eZ

,!qq et



!

eW

,!qq0. Les carr es correspondent aux donn ees et l'histogramme gris e a l'estimation du bruits de fond normalis e a la luminosit e.

2 ev enements ont une masse sup erieure a 170 GeV, leurs caract eristiques sont les suivantes: run: 158094 ev enement: 187169 (gure 5.48)

E

te = 40,5 GeV

e= 84o



e= -155o

E

tj1 = 65,9 GeV

j1= 32o



j1= 20o

E

tj2 = 23,5 GeV

j2= 11o



j2= -161o

Mjj= 90,2 GeV Mejj= 172 GeV

run: 194721 ev enement: 39568 (gure 5.49)

E

te = 72,9 GeV

e= 44o



e= 116o

E

tj1 = 90,3 GeV

j1= 25o



j1= -44o

E

tj2 = 28,1 GeV

j2= 25o



j2= -135o

Mjj= 72,4 GeV Mejj= 199 GeV

4.4 Etude du canal q

!

q

Ce canal est caract eris e par un jet hadronique et un amas electromagn etique ayant de grandes energies transverses. De plus aucune trace ne doit joindre l'amas dans le cas d'un photon.

Les bruits de fond a ce processus sont constitu es par:

- les Courants Neutres en diusion profond ement in elastique:

Dans les cas ou la trace de l' electron dius e est perdue ou mal reconstruite dans les d etecteurs de traces avant ou central.

- la Photoproduction:

Ce bruit de fond est important, il intervient dans la mesure ou un jet peut avoir une grande fraction electromagn etique (production d'un



o) ou bien lorsqu'un photon prompt est eectivement produit (voir chapitre 1 section 3).

Selection des evenements

La s election des ev enements est r ealis ee en demandant:

- un photon d' energie transverse sup erieure a 20 GeV, plut^ot vers l'avant du d etecteur puisque son angle polaire doit ^etre compris entre 10o et 90o, dans le but de r eduire le bruit de fond NC.

La gure 5.22 montre les distributions en energie transverse du photon pour di erentes masses du quark excit e et la gure 5.23 l'angle polaire du photon pour le

q

et les bruits de fond NC et photoproduction.

- un jet hadronique d' energie transverse sup erieure a 15 GeV.

Enn pour r eduire le bruit de fond NC a grand Q2avec radiation initiale ou nale du positron, aucun positron d' energie sup erieure a 5 GeV ne doit ^etre reconstruit dans le calorimetre a argon liquide.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 100 120 140 M(q^*) = 50 GeV/c² M(q* ) = 150 GeV/c2 M(q^*) = 250 GeV/c² E_t photon (GeV) dN/dE t (0.5 GeV -1

Figure 5.22: Energie transverse du photon pour di erentes masses du signal

q

!

q

. 0 10 20 30 40 50 0 50 100 150 M(q^*) = 50 GeV/c² Θ (photon) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 M(q^*) = 250 GeV/c² Θ (photon) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 150 DIS NC Θ (photon) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 Photoproduction Θ (photon) (degrés) dN/d Θ (0.2 degrés -1)

Figure 5.23: Angle polaire

du photon pour le signal

q

!

q

et les bruits de fond NC et photoproduction.

S election 4: Conditions requises pour l'analyse du canal

q

!

q

1.

E

t

>

20 GeV et 10o

<



<

90o

2.

E

tj

>

15 GeV et

j

>

10o

Resultats

Pour ce canal, 40 candidats ont pass e les coupures pour un bruit de fond estim e a 45,3 6,8. Les r esultats sont d ecrits dans le tableau 5.9 et les ecacit es sur le signal sont donn ees dans le tableau 5.10. Pour le bruit de fond NC, le nombre d' ev enements est donn e avec la pond eration du facteur 2,1 (se reporter a la section 3.5 du chapitre 4).

Canal:

q

!

q

Candidats: 40

Bruit de fond: 45,36,8 NC DIS: 10,2 3,6



p: 13,95,6 prompt



: 21,21,2 Table 5.9: Nombre de candidats obtenus apres s election pour le canal

q

!

q

et estimation du bruit de fond associ e.

M(

q

) GeV 50 75 100 150 200 250

"

(

q

!

q

) (%) 23,5 34 38 45 44,5 42

Table 5.10: Ecacit es totales de d etection pour le canal

q

!

q

, donn ees en pourcent et bas ees sur environ 1000 ev enements Monte-Carlo simul es pour chaque masse.

Les gures 5.24 a, b, c et d montrent respectivement les distributions de l' energie transverse et l'angle polaire du photon et du jet pour les donn ees et les bruits de fond associ es normalis es a la luminosit e int egr ee de l'exp erience.

La distribution de la masse invariante

q

est montr ee sur la gure 5.25. Il n'y a pas d'exces d' ev enements signicatif observ e.

événements avec un photon et un jet 10^-1 1 10 10² 10 20 30 40 50 60 70 80 NC DIS Prompt photon Photoproduction Données H1 E_t (photon) (GeV) dN/dE t (0.2 GeV -1)

(a) Energie transverse du photon

événements avec un photon et un jet

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 NC DIS Prompt photon Photoproduction Données H1 Θ (photon) (degrés) dN/d Θ (0.1 degrés -1)

(b) angle polaire du photon

événements avec un photon et un jet

1 10 10² 10 20 30 40 50 60 70 80 NC DIS Prompt photon Photoproduction Données H1 E_t (jet) (GeV) dN/dE t (0.1 GeV -1)

(c) Energie transverse du jet

événements avec un photon et un jet

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 0 20 40 60 80 100 120 140 Prompt photon Photoproduction NC DIS Données H1 Θ (jet) (degrés) dN/ Θ (0.05 degrés -1)

(d) angle polaire du jet

Figure 5.24: Energies transverses et angles polaires du photon et du jet s electionn es pour le canal

q

!

q

. Les donn ees sont repr esent ees par les carr es et le bruit de fond, normalis e a la luminosit e, par les histogrammes.

événements avec un photon et un jet 10^-1 1 10 10² 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Prompt Photon Photoproduction NC DIS données H1

Masse Invariante photon-jet (GeV)

dN/dM (0.066 GeV

-1 )

Figure 5.25: Masse invariante photon-jet pour les candidats

q

!

q

. Les carr es correspondent aux donn ees et les histogrammes a l'estimation des di erents bruits de fond.

4 ev enements (repr esent es en annexe) ont une masse au dessus de 120 GeV, ils ont les ca-ract eristiques suivantes:

run: 159822 ev enement: 23463 (gure 5.50)

E

t= 65,2 GeV

 = 48o



 = -158o

E

tj = 65,3 GeV

j = 32o



j = 17o

Mq = 136 GeV

run: 188602 ev enement: 19007 (gure 5.51)

E

t= 50,3 GeV

 = 89o



 = -42o

E

tj = 42,9 GeV

j = 17o



= 137o

Mq = 138 GeV

run: 194389 ev enement: 56300 (gure 5.52)

E

t= 47,3 GeV

 = 83o



 = -99o

E

tj = 47,3 GeV

j = 11o



= 82o

Mq = 160 GeV

run: 196014 ev enement: 30353 (gure 5.53)

E

t= 59,8 GeV

 = 25o



 = 172o

E

tj = 60,9 GeV

j = 24o



= -10o

Dans le document Recherche de fermions excités dans l'expérience H1 auprès du collisionneur positron-proton HERA (Page 122-133)