Reconstruction et s´election des objets

Acquisition des ´ev´enements

La chaˆıne de d´eclenchement de l’acquisition des ´ev´enements utilis´ee dans la version pr´ec´edente de l’analyse, bas´ee simplement sur la pr´esence d’´energie transverse manquante, n’est plus suffisante `

a cause de l’absence de crit`ere de ce type dans la d´efinition de la r´egion de signal SR3b. Des chaˆınes utilisant des leptons sont donc ajout´ees dans les r´egions de l’espace des phases o`u leur pr´esence est n´ecessaire ( /E_T < 150 GeV). Il s’agit des mˆemes ´el´ements¹qu’au chapitre pr´ec´edent,

σ

/

0

Seuil de coupure sur la significance du paramètre d'impact d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rapport #paires ee charges égales / opposées

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 E ff ic a c it e p o u r le s e le c tr o n s d e c h a rg e c o rr e c te [ % ] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 | 2 η |,| 1 η 2.0 < | |<2.0 2 η |,| 1 η 1.37<| | < 1.37 2 η |,| 1 η |

ATLAS Work in progress

Figure7.9 – Illustration de l’´evolution du taux d’erreur sur la d´etermination de la charge d’un ´electron avec la s´ev´erit´e de la coupure sur la significance du param`etre d’impact |d0|/σ < x. Des paires d’´electrons r´eels sont s´electionn´ees dans les donn´ees dans la r´egion de masse du boson Z (80 < m<sub>ee</sub>< 100 GeV), et le rapport entre paires de charges identiques ou oppos´ees est repr´esent´e dans diff´erentes r´egions du d´etecteur. Les crit`eres d’identification appliqu´es correspondent `a la cat´egorie de base (medium++). La ligne discontinue indique l’efficacit´e de cette coupure sur des ´electrons avec une charge correcte (candidats dans les paires de charges oppos´ees).

bas´es sur la pr´esence de deux leptons, les crit`eres d’impulsion ´etant au maximum p_T > 18 GeV dans le canal di-muon.

Toutefois, ils sont compl´et´es `a plus grande impulsion (p<sub>T</sub> > 40 ou 60 GeV pour respective-ment muons et ´electrons) par des chaˆınes ne requ´erant la pr´esence que d’un seul lepton2. Ceci permet de gagner en efficacit´e pour la s´election de paires de leptons d’impulsion ´elev´ee, ce qui est le cas dans la plupart des mod`eles consid´er´es, dans la majorit´e de l’espace des phases.

Dans ce r´egime de fonctionnement, l’efficacit´e associ´ee `a l’acquisition des ´ev´enements est de l’ordre de 90% dans les canaux impliquant des muons, et d´epassent 98% dans le canal ee. `A plus basse impulsion (p_T ∼ 20 GeV), les efficacit´es sont plutˆot de l’ordre de 75% pour les canaux muoniques, et 95% pour le canal ee.

Identification des ´electrons

Outre le renforcement des crit`eres d’isolation (voir paragraphe suivant) suivant une d´efinition commune `a plusieurs recherches de supersym´etrie, la s´ev´erit´e de la coupure sur la significance du param`etre d’impact est augment´ee dans le cas particulier de cette analyse par rapport `a la valeur par d´efaut. Cette variable caract´erise l’´eloignement de la trace par rapport au point d’interaction. Il s’agit donc d’une quantit´e sensible `a la production d´eplac´ee de particules. En tant que telle, elle permet par exemple de rejeter les leptons issus de d´esint´egrations de hadrons de saveurs lourdes, de par le temps de vol non n´egligeable de ces derniers. D’autre part, le m´ecanisme responsable de l’erreur sur la charge reconstruite des ´electrons est ´egalement caract´eris´e par l’utilisation d’une trace d´eplac´ee, issue de la conversion d’un photon (rayonnement de freinage) qui a souvent voyag´e avant d’interagir avec le d´etecteur. La motivation principale pour le renforcement de la

2. Si le lepton d’impulsion maximale est un ´electron (pT > 60 GeV), la chaˆıne EF e60 medium1 est utilis´ee.

coupure sur le param`etre d’impact est donc la r´eduction du bruit de fond dˆu aux ´electrons de charge incorrecte. La variable utilis´ee est la significance du param`etre d’impact dans le plan transverse |d0|/σ, qui correspond simplement au param`etre d’impact divis´e par son incertitude (position exacte du point d’interaction).

La figure 7.9 illustre l’effet d’une telle coupure sur le taux d’erreur sur la charge reconstruite, repr´esent´e ici par le rapport entre paires d’´electrons de charges identiques ou oppos´ees, dans une r´egion de masse invariante correspondant la masse du boson Z. La coupure propos´ee par d´efaut aux analyses est |d0|/σ < 5, remplac´ee ici par |d0|/σ < 3. On peut voir que pour des ´electrons au niveau d’identification medium++, ce changement r´esulte en une r´eduction de moiti´e du taux de paires de charges identiques, ce qui repr´esente un gain appr´eciable.

Cette coupure est ajout´ee aux crit`eres devant ˆetre satisfaits par les ´electrons de la cat´egorie de base. La raison pour laquelle le crit`ere n’est pas impos´e uniquement au niveau signal est que les ´electrons de charge incorrecte interf`erent avec l’estimation du bruit de fond dˆu aux faux leptons. L’ajout de cette coupure au niveau de base permet de r´eduire leur contribution dans toutes les cat´egories utilis´ees pour l’application de la m´ethode de la matrice (´electrons satisfai-sant ou ´echouant les crit`eres signal ). Il a ´et´e effectivement constat´e qu’avec l’utilisation de cette coupure, les incertitudes associ´ees `a la pr´ediction du bruit de fond pour les faux leptons sont r´eduites de mani`ere appr´eciable, et un meilleur accord entre donn´ees et pr´edictions est obtenu dans certaines r´egions de validation.

R´esum´e des crit`eres de la cat´egorie signal des leptons

Dans le but de r´eduire la contribution du bruit de fond dˆu aux faux leptons, l’isolation appliqu´ee aux leptons de la cat´egorie signal est plus s´ev`ere que pour les r´esultats pr´esent´es dans le chapitre pr´ec´edent. La d´efinition utilis´ee n’est toutefois pas propre `a cette analyse, et est partag´ee par un certain nombre de recherches de supersym´etrie avec des leptons publi´ees par la collaboration ATLAS. L’ensemble des crit`eres appliqu´es est le suivant :

– Isolation (trajectographe) : pcone30

T < 0.16 × pT pour les ´electrons, 0.12 pour les muons. – Isolation (calorim`etre) : Econe30

T < 0.18 × pT pour les ´electrons, 0.12 pour les muons. – Significance du param`etre d’impact transverse : |d0|/σ < 3 pour tous les leptons – Param`etre d’impact longitudinal : z₀sin θ < 0.4 mm.

– Pour les ´electrons, niveau d’identification tight++ (au lieu de medium++)

Dans le cas des ´electrons, la variable E_T^cone30 est construite `a partir d’amas topologiques plutˆot que comme somme de toutes les cellules dans le cˆone ∆R < 0.3. Ceci permet une sensibilit´e au bruit moins importante, et une meilleure stabilit´e en regard de l’´evolution du bruit d’empilement. Une correction est toutefois apport´ee aux variables d’isolation calorim´etrique pour accroˆıtre cette stabilit´e. L’ampleur de cette correction est de −0.5 GeV lorsque 25 points d’interaction sont reconstruits dans l’´ev´enement. Pour les muons, elle est de −2.2 GeV avec un nombre d’interactions identique. Le param`etre d’impact longitudinal z0sin θ correspond au param`etre d’impact dans le plan d´efini par la trajectoire, orthogonal au plan transverse `a la propagation des faisceaux.

L’am´elioration apport´ee par l’utilisation de ces crit`eres plus s´ev`eres est mise en ´evidence `a la section suivante (B.3), le taux de faux leptons entrant dans la cat´egorie signal ´etant signifi-cativement r´eduit.

S´election des jets

Une diff´erence notable par rapport `a la version pr´ec´edente de l’analyse est la s´eparation des r´egions de signal en fonction du nombre de jets de saveur b pr´esents dans l’´ev´enement. L’identi-fication de tels jets est assur´ee par l’algorithme MV1 (section 4.4.4) combinant dans un r´eseau de neurones diverses informations telles la pr´esence d’un point d’interaction secondaire, ou de traces `a grand param`etre d’impact. Cet algorithme est utilis´e a un point de fonctionnement

pour lequel l’efficacit´e de reconnaissance de jets de saveur b est de 70% (dans un ´echantillon de donn´ees t¯t inclusif), correspondant `a un facteur rejet des jets l´egers sup´erieur `a 20.

Comme indiqu´e dans la section pr´ec´edente, l’impulsion des jets consid´er´es pour la s´election des r´egions de signal est ramen´e `a p<sub>T</sub> > 40 GeV (contre 50 pr´ec´edemment), afin d’accroˆıtre l’acceptance du signal dans des r´egions de l’espace des phases avec des spectres de masse com-press´es. Dans le cas des jets de saveur b, le crit`ere est abaiss´e `a p_T > 20 GeV, principalement pour ´eliminer le bruit de fond comportant des quarks b dans la r´egion de signal SR0b, qui impose un veto sur la pr´esence de jets b.

7.2.2 Estimation du bruit de fond

La m´ethode d’estimation du bruit de fond reste relativement similaire par rapport `a la des-cription du chapitre 6. Quelques modifications sont toutefois apport´ees pour les cat´egories de bruit de fond dont la pr´ediction est bas´ee sur les donn´ees. Cette section r´esume bri`evement ces changements, des d´etails plus fournis peuvent ˆetre trouv´es en annexe (section B.3).

´

Electrons de charge erron´ee

On rappelle que ce bruit de fond est estim´e en pond´erant les ´ev´enements avec des leptons de charges oppos´ees par le taux d’erreur sur la d´etermination de la charge. Le seul change-ment consiste en l’utilisation des paires s´electionn´ees directechange-ment dans les donn´ees, en lieu et place de la simulation (employ´ee auparavant). L’avantage ´evident est la suppression totale de la d´ependance `a la simulation, ce qui entraˆıne la disparition des incertitudes relatives `a la section efficace des processus dominants (t¯t), ainsi que li´ees `a la reconstruction (calibration en ´energie des jets, principalement).

Pour les ´electrons de la cat´egorie signal, le taux mesur´e est r´eduit d’un facteur 4 au moins par rapport aux r´esultats ant´erieurs, sur l’ensemble de l’acceptance ´etudi´ee, principalement grˆace aux coupures sur le param`etre d’impact. Pour les ´electrons ´echouant aux crit`eres d’isolation, le gain est plus restreint, mais correspond tout-de-mˆeme `a une r´eduction de moiti´e.

Faux leptons

Des changement plus significatifs sont introduits, motiv´es par l’apparition de r´egions de signal de natures diff´erentes, ainsi que la volont´e d’une meilleure compr´ehension de ce type de bruit de fond et des incertitudes associ´ees. La strat´egie de pr´ediction du bruit de fond est identique `a celle utilis´ee pr´ec´edemment (m´ethode de la matrice), mais plusieurs modifications sont apport´ees `a la mesure des efficacit´es ζ, correspondant `a la s´election des faux leptons dans la cat´egorie signal : • Utilisation de la mˆeme m´ethode pour les mesures ´electron/muon : pr´esence d’un muon

signal v´erifiant p_T > 40 GeV, suppos´e ˆetre le lepton r´eel de l’´ev´enement, la mesure ´etant

alors r´ealis´ee sur l’autre lepton (canal eµ pour les ´electrons, canal µµ pour muons). En d’autres termes, l’extraction pr´ec´edemment utilis´ee pour le cas des muons est abandonn´ee. • Efficacit´e mesur´ee dans plusieurs intervalles d’impulsion transverse du lepton, au lieu d’une seule mesure inclusive. Ceci est notamment motiv´e par la coupure en masse effective utilis´ee dans les r´egions de signal, qui a pour effet de modifier singuli`erement la distribution d’impulsion transverse des leptons entre r´egion de mesure de l’efficacit´e et r´egions de signal, ce qui n’´etait pas le cas pr´ec´edemment.

• S´eparation des mesures en deux cat´egories dans le cas des ´electrons, en fonction de la pr´esence ou non d’un jet de saveur b dans l’´ev´enement. Ceci a pour but d’harmoniser la composition de l’´echantillon de la r´egion de mesure avec celle des r´egions de signal SR1b/SR3b d’une part, et SR0b de l’autre.

En comparant les mesures `a plus basse impulsion, domaine constituant la source la plus im-portante de faux leptons, avec les valeurs ant´erieures (∼ 0.2), on peut constater une baisse significative de l’efficacit´e (de 25 `a 75% par rapport aux valeurs pr´ec´edentes), en cons´equence

des modifications des crit`eres d’isolation des leptons. La d´efinition des leptons de base ´etant essentiellement inchang´ee, cette baisse r´esulte donc en une r´eduction du bruit de fond dˆu aux faux leptons dans la r´egion de signal. Celui-ci ´etant dans les r´esultats du chapitre 6 une des contributions principales, le gain est appr´eciable. D’autre part, la s´eparation accrue entre les efficacit´es ε et ζ est un avantage dans l’application de la m´ethode de la matrice, car cela assure une discrimination plus importante entre les deux cat´egories de leptons (r´eel ou non), qui se traduit en l’am´elioration des performances de l’estimation (validit´e de la pr´ediction, incertitudes r´eduites, stabilit´e mˆeme `a faible statistique disponible).