5.2 Outils de recherche du Higgs
5.2.1 Le declenchement
La conception d'un declenchement adapte aux proprietes du signal vise est la premiere et in-dispensable etape de l'analyse. Elle doit aboutir a la selection d'evenements potentiellement interessants dans le cadre de la recherche du Higgs tout en assurant une bonne rejection du fond constitue par les evenements QCD.
La detection de leptons et d'energie manquante
A CDF comme a D, des declenchements speci ques ont ete developpes pour la detection des leptons et de l'energie manquante. A titre d'illustration, les Fig 5.80 et 5.81 representent les spectres attendus pour l'impulsion transverse du lepton et l'energie manquante dans le cas de la presence d'au moins un boson W dans l'evenement. Les candidats Higgs (lourds) consideres sont tels qu'un seul des deux bosons se desintegre en leptons. Les evenements W+jets, WW, WZ et tt constituent les fonds dominants du canal H!WW56]. Le declenchement de leptons comprend:
La detection d'electrons: au niveau 1 les algorithmes utilises reposent sur les valeurs mesurees dans les tours EM du calorimetre et comparees a un seuil pre-programme. En fait plusieurs seuils sont programmes et permettent le choix de dierentes gammes d'energie du lepton. L'utilisation de plusieurs seuils rend aussi possible la determination de l'ecacite de declenchement en fonction de l'energie, a partir des donnees elles-m^emes.
Au niveau 2, le plus grand laps de temps disponible permet dans le calorimetre l'application de criteres d'isolation des clusters, la determination de la fraction electro-magnetique du dep^ot. Elle rend possible la co( ncidence ne entre ce dep^ot et celui du pre-echantillonneur et des traces reconstruites. La connaissance du rapport E/p comme du signe de la charge est alors possible. L'ecacite combinee d'un tel declenchement est superieure a 95%.
Figure 5.80: Densite de probabilite de l'impul-sion transverse du lepton issu d'un boson W dans le cas de dierents processus 56]
Figure 5.81: Densite de probabilite de l'energie manquante dans les evenements signaux compares aux principaux fonds 56]
La detection de muons: le muon signe son passage par l'occurrence de points dans les chambres a muon, mis en co( ncidence avec la presence de traces dans le m^eme secteur, des les premiers niveaux. L'installation a D comme a CDF de nouveaux scintillateurs a
muons a permis de descendre les seuils de detection et de fournir un signal des le niveau 1 de declenchement. Les seuils xes sur l'impulsion des muons s'echelonnent entre 4 GeV/c et 10 GeV/c. L'ecacite est alors tres elevee.
La detection d'energie manquante: la distribution typique d'energie pour un Higgs se desintegrant en paire de bosons W est representee Fig 5.81. La resolution au niveau du declenchement est d'environ 7-8 GeV a D, dont la reponse du calorimetre est hermetique et uniforme. Plus de precision est possible aux niveaux ulterieurs de declenchement avec notamment la prise en compte des muons dans l'estimation correcte de l'energie totale. La precision obtenue est neanmoins susante et en de#ca de ce qui est requis pour la selection d'evenements contenant un boson W!l
.Des progres majeurs ont ete accomplis pour le Run II dans le domaine du declenchement, cf Sec-tion 3.1.4. Ils reposent sur une electronique d'acquisiSec-tion rapide pour les detecteurs individuels, et qui permet de stocker dans une memoire tampon (type pipeline) le resultat de 32 collisions successives pendant le processus de prise de decision du premier evenement. Une nouvelle ar-chitecture de declenchement, basee sur le traitement parallele des informations, permet alors la combinaison complexe d'informations en provenance de plusieurs sous-systemes des les premiers niveaux de declenchement. L'application de ces algorithmes selectifs tres t^ot dans la cha^ ne d'acquisition ore ainsi une meilleure rejection des fonds au signal recherche, pour un taux de declenchement acceptable environ 10 fois plus eleve qu'au cours du Run I.
La detection de vertex deplaces
La detection de jets de b des les premiers niveaux de declenchement est cruciale a la recherche du Higgs. CDF et D ont modi e leur architecture a n d'incorporer cette fonctionnalite.
Figure 5.82: Denition du parametre d'impact
d0 d'une trace dans le cas de vertex primaire et
secondaire
Figure 5.83: Distribution de la signicance du
parametre d'impactd0=d
0 pour des traces issues
de vertex primaire (en grise) et secondaires (en blanc) 57]
En raison des contraintes en temps et en bande passante, cet etiquetage ne peut avoir lieu qu'au 2eme niveau de declenchement. Il est base sur la recherche de traces a haut parametre d'impact note d0, signant un vertex deplace. La Fig. 5.82 de nit a l'aide d'un schema le parametre d0
comme la distance de plus petite approche dans le plan transverse. Ce parametre peut prendre de grandes valeurs pour des traces provenant de vertex deplaces, ainsi que l'illustre la Fig. 5.83. Cette derniere compare la la distribution de d0
=
d0 du parametre sur son incertitude associee pour des traces chargees originaires du vertex primaire et celles issues d'un vertex secondaire, qui forment un exces vers les plus grandes valeurs de d0=
d0.Les performances de ce declenchement dependent de la resolution accessible sur d0 et du nombre de telles traces reclamees dans l'evenement. Les Fig 5.84 reportent les ecacites atteintes a D sur des simulations d'evenements tt!W+W;bb, ainsi que le taux d'evenements QCD (en Hertz) selectionnes par le m^eme algorithme en sortie du niveau 2. Elles montrent que la limite de 500-1000 Hz est respectee avec des taux obtenus inferieurs a 80 Hz pour des ecacites de 60% a 90% 57]. Pour des evenements Z!bb, ces algorithmes conduisent a une ecacite attendue de 20% pour des taux inferieurs a 30 Hz. La constitution d'un echantillon de contr^ole de pres de 25000 evenements Z!bb pour 1fb;1pourrait ^etre ainsi obtenue.
Figure 5.84: (Gauche): E cacite de declenchement apres le niveau 2 estime sur
des evenementstt!WbWb en fonction de la coupure sur d0=d
0 appliquee sur 1,
2 ou 3 traces par evenement . (Droite): Taux d'evenements QCD selectionnes en
fonction de la coupure surd0=d
0 sur 1, 2 ou 3 traces par evenement 57]
Ce domaine conna^ t lui aussi une amelioration signi cative par rapport aux performances du Run I, au cours duquel les seules signatures d'un jet de b etaient constituees par les desintegrations semi-leptoniques du quark. La possibilite de detecter des traces de large parametre d'impact independamment de la presence de leptons des le niveau 2 multiplie les capacites de detection de tels jets. Cette fonctionnalite bene cie aussi du large taux d'evenements acceptes au niveau 1
(de 10 a 50 kHz), en selectionannt un echantillon d'evenements susceptibles d'^etre analyses plus nement a des niveaux superieurs par des algorithmes plus complexes.