T T E p ∆η ∆φ
Fig. 7.4: Distribution des variables utilis´ees pour la s´election des candidats ´electrons. Les
histo-grammes hachur´es correspondent aux distributions obtenues pour des ´electrons et les his-togrammes en pointill´es aux distributions obtenues pour du bruit de fond di-jets.
2e12i qui requiert au moins deux ´electrons depT >15 GeV (pT >12 GeV pour le
niveau 1) consid´er´es comme isol´es.
Le tableau 7.1 [83] r´esume les diff´erentes efficacit´es obtenues pour les quatre d´eclen-chements sus-cit´es pour des ´electrons provenant de la d´esint´egration d’un graviton d’une masse de 500 GeV.
Signature Efficacit´e en %
Niveau 1 Niveau 2 Event Filter Combin´ee
e55 99.9±0.0 95.9±0.2 94.6±0.3 90.8±0.3
e22i 85.9±0.3 96.4±0.4 83.9±0.3 80.9±0.4
2e12 99.9±0.1 84.9±0.5 85.5±0.3 72.6±0.6
2e12i 59.1±0.7 86.1±0.7 86.2±0.3 43.9±0.7
Tab.7.1: Efficacit´e du syst`eme de d´eclenchement normalis´ee `a la reconstruction hors-ligne en fonction
des diff´erents niveaux pour un graviton de 500 GeV se d´esint´egrant en deux ´electrons [83].
Ces efficacit´es sont normalis´ees aux ´ev`enements s´electionn´es apr`es la reconstruction hors-ligne pr´esent´ee au paragraphe 7.2. Elles ne repr´esentent donc pas l’efficacit´e du sys-t`eme de d´eclenchement par rapport aux ´evenements physiques mais permettent de cal-culer (comme nous l’avons fait au paragraphe 8.1.2) une efficacit´e totale (d´eclenchement + reconstruction) `a partir de l’efficacit´e de reconstruction des ´ev`enements physiques.
7.2 Reconstruction et identification des ´electrons
Les ´ev`enements ayant v´erifi´e les crit`eres de d´eclenchement sont enregistr´es et soumis `a des algorithmes de reconstruction et d’identification. Le but de cette ´etape et de d´efinir des objets physiques tels que des ´electrons `a partir des donn´ees brutes du d´etecteur. Cette analyse peut n´ecessiter un temps de calcul important et est effectu´ee hors-ligne.
7.2 Reconstruction et identification des ´electrons
7.2.1 Crit`eres de reconstruction
Il existe actuellement deux algorithmes de reconstruction des ´electrons dans le cadre d’ATHENA :
L’algorithme dit soft qui est bas´e sur les traces observ´ees dans le d´etecteur interne. Il associe `a ces traces des cellules du calorim`etre avec lesquelles il reconstruit les variables n´ecessaires `a l’identification des ´electrons. Cet algorithme est optimis´e pour les ´electrons de faible ´energie de l’ordre de quelques GeV et n’intervient pas dans la reconstruction des ´ev`enements Z′ → e+e−. Les d´etails concernant cette identification pourront ˆetre trouv´es dans [84].
L’algorithme dit standard qui est bas´e sur le calorim`etre ´electromagn´etique. Son rˆole est d’identifier des objets tels que des candidats ´electrons ou photons. Pour cela, il d´efinit des amas de ∆η × ∆φ = 3× 7 cellules de mani`ere analogue au syst`eme de d´eclenchement. Cet algorithme utilise ensuite des informations provenant des d´epˆots d’´energies dans les calorim`etres ainsi que des ´el´ements de traces du d´etecteur interne afin de reconstruire les diff´erentes variables d’identification. L’amas de cellules est alors identifi´e comme candidat ´electron s’il lui est associ´e une trace de
0.7< ET/pT <4 dont l’extrapolation dans le second compartiment du calorim`etre
´electromagn´etique se trouve dans la fenˆetre |∆η| <0.025 et −0.05< ∆φ < 0.025. Il est optimis´e pour les ´electrons de haut pT, en particulier ceux provenant de la d´esint´egration d’un Z.
Dans le cadre de l’analyse Z′ → e+e−, nous nous int´eressons `a des ´electrons de tr`es hautpT ´emis dans la partie centrale du calorim`etre (|η|<2.5) : ils sont identifi´es par cet algorithme standard. Nous ne d´ecrirons pas ici l’identification des ´electrons de |η|>2.5 qui pourra ˆetre trouv´ee dans [84], notons seulement que la r´egion |η|> 2.5 n’´etant pas instrument´ee par le d´etecteur interne, l’identification n’utilise alors pas d’information li´ees aux traces. La proportion d’´electrons provenant d’un signal de physique int´eressant est alors de l’ordre de 10−2. Il est donc indispensable de reconstruire au mieux les dif-f´erentes observables des candidats ´electrons qui permettront une dicrimination du bruit de fond.
7.2.2 Algorithme d’identification Standard
L’´etape suivant la reconstruction des candidats ´electrons consiste `a exploiter au maxi-mum les informations fournies par l’ensemble des sous-d´etecteurs afin d’obtenir la meilleure estimation possible des diff´erentes observables physiques. En utilisant ces diff´erentes observables, il est alors possible d’estimer la qualit´e de l’identification des candidats ´electrons et donc de les s´eparer du bruit de fond. Les crit`eres utilis´es par l’algorithme standard sont bas´es sur les observables pr´esent´ees dans le tableau 7.2 et d´efinis dans les paragraphes suivants.
Les diff´erents crit`eres sont organis´es en trois groupes d´efinissant trois populations d’´electrons en fonction de la qualit´e de leur identification : Loose, Medium et Tight.
Type Description Selection Loose
Acceptante g´eom´etrique |η|<2.47
Fuite hadronique Rapport de ET dans le premier compartiment du calorim`etre hadronique sur ET de l’amas
de cellules ´electromagn´etiques
Deuxi`eme couche du Largeur lat´erale de la gerbe
calorim`etre Rapport Rη de l’´energie des amas ∆η×∆φ= 3×3 sur 7×3 ´electromagn´etique RapportRφ de l’´energie des amas ∆η×∆φ = 3×3 sur 3×7
Largeur de la gerbe (W2) S´election Medium (+ s´election Loose)
Diff´erence entre le second d´epˆot d’´energie maximum et le d´epˆot associ´e `a la plus petite
valeur entre les deux maxima ( ∆Es ) Premi`ere couche du Second d´epˆot d’´energie maximum
calorim`etre normalis´e `a l’´energie de l’amas (RM ax2 )
´electromagn´etique Largeur de la gerbe
( Ws3, W2,Wstot )
Fraction d’´energie d´epos´ee en dehors du cœur de la gerbe ( FSide )
Qualit´e Nombre d’impacts dans le d´etecteur `a pixels de la trace Nombre d’impact dans le d´etecteur `a
pixels et dans le SCT Param`etre d’impact transverse S´election Tight(+ s´election Medium)
Isolation Rapport de l’´energie dans un cˆone ∆R = 0.2
de la trace sur l’´energie de l’amas
Association ∆φ entre amas et trace
de trace ∆η entre amas et trace
Rapport ´energie amas sur ´energie trace ( ET/pT )
TRT Nombre d’impacts total dans le TRT
Crit`eres sur la qualit´e des impacts
Tab.7.2: Variables et s´elections utilis´ees lors de l’identification des ´electrons en fonction des s´elections
Loose, Medium ou Tight.
7.2 Reconstruction et identification des ´electrons
Ainsi, dans la version 12.0.31 de la simulation ATHENA, on trouve :
La s´election Loose
Cette s´erie de crit`eres de reconstruction est bas´ee sur un nombre r´eduit d’informations provenant exclusivement du calorim`etre. Les observables utilis´ees prennent en compte la forme de la gerbe ´electromagn´etique dans la seconde partie du calorim`etre ainsi que son d´ebordement dans le calorim`etre hadronique.
En plus des rapports Rη et Rφ d´efinis `a partir des d´epots d’´energie dans le second compartiment du calorim`etre ´electromagn´etique (voir tableau 7.2), la largeur en η de la gerbe dans le second compartiment est quantifi´ee par la variable :
W2 = s P EC ×η2 P EC − P EC×η P EC 2 (7.1) o`uEC repr´esente l’´energie contenue dans la cellule C situ´ee `a η dans l’amas ∆η×∆φ= 3×5 autour du candidat ´electron, la somme ´etant faite sur l’ensemble des cellules de l’amas.
Cette s´election permet une tr`es bonne efficacit´e de reconstruction des ´electrons mais un faible rejet du bruit de fond. Elle est utilisable pour des processus physiques “propres” qui ne sont pas affect´es par le bruit de fond.
La s´election Medium
En plus des crit`eres Loose, la s´election Medium ajoute des informations sur la re-construction de la trace associ´ee et sur les d´epots d’´energie dans la premi`ere couche du calorim`etre ´electromagn´etique (strips).
Ainsi, l’´energieE2
M ax du second maximum trouv´e dans l’amas de 3×7 cellules permet de d´efinir les variables ∆EsetR2
M ax (voir tableau 7.2) et est utilis´ee pour l’identification des ´electrons (principalement pour les discriminer des conversions π0 →γγ).
D’autres variables quantifiant la forme de la gerbe ´electromagn´etique sont ´egalement utilis´ees :
– FSide = (E3 −E1)/E1 o`u En repr´esente l’´energie d´epos´ee dans ±n cellules autour de la cellule de plus haute ´energie.
– Ws3/stot =
qP
EC×(C−Cmax)2
P
EC o`u EC repr´esente l’´energie de la cellule num´erot´e C, Cmax est le num´ero de la cellule de plus haute ´energie et (C−Cmax) quantifie l’´ecart de la cellule C au cœur de la gerbe.Ws3 est d´efini en prenant la somme sur 3strips
et Wstot sur 20.
Cette s´election Medium permet d’am´eliorer d’un facteur 3 ou 4 le rejet des jets.
La s´election Tight
Cette s´election utilise toutes les observables d’ores et d´ej`a mises au point pour l’iden-tification des ´electrons. En plus des Medium, un grand nombre de crit`eres concernant
la mesure des traces dans le d´etecteur interne sont pris en consid´eration pour r´eduire la s´election d’´electrons provenant d’une conversion γ → e+e− ou encore d’une d´esint´e-gration de hadrons charg´es. De nouvelles coupures sur le rapportET/pT sont ´egalement utilis´ees pour affiner la s´election des ´electrons Tight. Enfin, des crit`eres bas´es sur les d´epˆots d’´energie dans un cˆone de ∆R <0.2 autour du candidat ´electron permettent de d´efinir l’isolation des ´electrons.
Le crit`ere le s´election le plus adapt´e `a une analyse physique est celui qui permet la meilleure s´election des ´ev`enements correspondant au processus ´etudi´e tout en limitant la s´election du bruit de fond. Afin de choisir le crit`ere de s´election le plus adapt´e `a notre analyseZ′ →e+e−, nous avons estim´e, `a partir de simulation compl`ete du d´etecteur, les efficacit´es ainsi que la r´esolution en ´energie obtenues pour des ´electrons seuls puis pour les ´ev`enements Z′ →e+e− pour les diff´erentes s´elections Loose, Mediumet Tight.