Sélection commune aux canaux 0 lepton et 2 leptons

Dans les deux canaux, les événements pour lesquels un des sous-détecteur n’a pas fonctionné correctement sont retirés. L’événement doit posséder un vertex primaire et au moins deux jets de signal ou un gros jet. Si un jet contient une cellule du calorimètre avec un bruit important, le jet est qualifié de mauvais jet et l’événement est rejeté.

Les événements doivent posséder au moins deux jets de signal, des jets supplémentaires (de signal ou avants) sont autorisés.

L’algorithme d’identification des jets MV2c20 fonctionnant à une efficacité de 70% est utilisé sur tous les jets de signal. La valeur du point de fonctionnement a été optimisée pour obtenir

la meilleure signification statistique. Les événements sont classifiés en fonction du nombre de jets identifiés comme jet de b. Les événements ne possédant pas de jet de b sont classés dans la catégorie 0-tag, les événements possédant exactement un (resp. deux) jet de b sont classés dans la catégorie 1-tag (2-tag). Les événements possédant 3 jets de b ou plus sont classés dans la catégorie 3p-tag, cette catégorie n’est pas utilisée actuellement dans l’analyse. Néanmoins, son utilisation pourrait améliorer la sensibilité au mode de production du boson A en association avec une paire de quarks b. La catégorie 2-tag est la région la plus sensible tandis que les catégories 0-tag et 1-tag permettent de contraindre les bruits de fond. Le jet de b de plus haute impulsion transverse dans les catégories 1-tag et 2-tag ou le jet de plus haute impulsion transverse dans la catégorie 0-tag doit vérifier p_T > 45 GeV, cette variable est notée pTB1

dans les tables décrivant les coupures. L’impulsion transverse du second jet sélectionné est noté pTB2.

Les corrections relatives aux jets de b, muon-in-jet et PtReco, sont appliquées uniquement pour le calcul de la masse du boson de Higgs et de la variable discriminante qui sera présentée ultérieurement.

La masse du système de deux jets m_h est reconstruite dans la catégorie 2-tag en utilisant les deux jets de b. Dans la catégorie 1-tag, le jet de b et le jet de signal restant de plus haut p_T sont utilisés pour calculer la masse du système de deux jets alors que, dans la catégorie 0-tag, les deux jets de plus haute impulsion transverse sont utilisés.

Les régions de signal sont définies par une coupure sur la masse reconstruite du boson de Higgs, la fenêtre de masse 110 < m_h < 140 GeV est ainsi appliquée pour que la masse reconstruite soit compatible avec la masse du système de deux jets. Cette fenêtre a été optimisée à la fois pour les canaux 0 ou 2 leptons.

Dans le canal 0 lepton, il n’est pas possible de reconstruire la masse invariante à cause de la présence de neutrinos dans l’état final. La masse transverse du boson A est utilisée comme variable discriminante, elle est ainsi définie par la formule suivante :

m_{V h}= q (Eh T + MET)2− (~ph T +MET)^~ 2 (249) où Eh T = q ph T 2 + m2 h avec ~ph

T l’impulsion transverse du système de deux jets et ph

T sa norme. Pour le calcul de la masse transverse dans la région du signal, le quadrivecteur du système des deux jets sélectionnés est multiplié par le facteur 125 GeV/m_jj pour que la masse invariante soit celle du boson de Higgs. Cette procédure déforme le bruit de fond mais l’augmentation de la résolution du signal permet de gagner en sensibilité.

Dans le canal 2 leptons, la masse invariante du système {deux leptons, deux jets} est utilisée comme variable discriminante. Afin d’améliorer la résolution, le facteur 91 GeV/m(µµ) est appliqué au quadrivecteur des leptons dans la région du signal. De la même manière, dans la région du signal, le quadrivecteur du système des deux jets sélectionnés est multiplié par le facteur 125 GeV/m_jj pour que la masse invariante soit celle du boson de Higgs.

Optimisation de la fenêtre m_h pour le canal 0 lepton

Dans le canal 0 lepton, la fenêtre de masse optimale est obtenue en maximisant la signifi-cation statistique calculée en combinant les catégories 2 jets, 3 jets, 4 jets et 5 jets ou plus. La signification statistique combinée est obtenue en prenant la racine carrée de la somme qua-dratique des signification statistiques des catégories individuelles. La distribution utilisée pour

HLT_xe80 min[∆Φ(MET, jets)] > 20^◦ MET > 150 GeV ∆Φ(MET, jet1 + jet2) > 120^◦ N(Jets de signal) > 2 ∆Φ(MET, MET_trace) > 90^◦

pTB1 > 45 GeV ∆Φ(jet1, jet2) > 140^◦ sumpt > 120 GeV (150 GeV pour 3 jet ou plus) MET_trace > 30 GeV

Veto sur les taus medium, les électrons et les muons

Table 27 – Coupures appliquées pour l’optimisation de la fenêtre de masse

(a) (b)

Figure 108 – ^{(a) Fenêtre de masse optimale en fonction de m}A (b) Perte relative sur la signification statistique par rapport au cas optimal lorsque les fenêtres [105 :140] et [105 :145] sont choisies

calculer la signification statistique est la masse transverse. Les coupures appliquées pour cette optimisation sont données dans la table 27.

Pour chaque point de masse m_A, la fenêtre de masse m_h optimale est obtenue en balayant indépendamment par pas de 5 GeV la borne supérieure ou inférieure de l’intervalle. La figure 108a montre cette fenêtre en fonction de la masse m_A. Cette optimisation étant réalisée dans le cadre du régime résolu, le choix optimal tiendra compte en particulier des faibles m_A, inférieures à 800 GeV. Pour la majorité de ces masses, une borne inférieure à 105 GeV est optimale. Pour la borne supérieure, deux choix semblent possibles 140 ou 145 GeV. La figure 108b montre la perte relative sur la signification statistique par rapport à la fenêtre de m_h optimale pour les fenêtres 105-140 GeV et 105-145 GeV. La fenêtre 105-145 GeV est choisie car la perte relative est inférieure à 2% sur tout l’intervalle de masse m_A. La robustesse du résultat a été testée en décalant le balayage de 2.5 GeV, la figure 109 montre la perte relative par rapport au cas optimal pour quatre fenêtres de masse proches de l’optimum.

Une vérification supplémentaire a été réalisée en comparant les limites attendues pour différentes fenêtres de masse grâce à une fonction de vraisemblance pour le canal 0 lepton dans le régime résolu.

Pour construire la fonction de vraisemblance, les catégories 1 tag et 2 tag sont utilisées. De plus les événements sont classés en fonction du nombre de jets en trois catégories : 2 + 3 jets, 4 jets et 5 jets ou plus. Ils sont également classés en fonction de la masse du système de deux jets : dans la région de signal ou dans les bandes latérales, par exemple 110 < m_h < 140 et

Figure 109 – Perte relative sur la signification statistique par rapport au cas optimal lorsque l’intervalle [105 :145] et quatre fenêtres décalées de 2.5 GeV sont choisies

(a) (b)

Figure 110 – (a) Limite sur µ pour différentes fenêtres avec ou sans la coupure optimisée sur pTB2 (b) Amélioration relative par rapport au défaut [95 :140] GeV

Le modèle utilisé pour construire la fonction de vraisemblance est détaillé dans les tables 28 et 29, il est très proche du modèle détaillé dans la section 7.8. La différence principale est l’utilisation de catégorie en fonction du nombre de jets dans l’événement.

Les valeurs choisies pour les mesures auxiliaires sont inspirées des valeurs utilisées lors du run 1. Les paramètres de nuisance se terminant par _J et un nombre sont des paramètres de nuisances qui tiennent compte de l’incertitude sur la normalisation entre les différentes catégories de jets. Pour le bruit de fond t¯t, la référence est la catégorie 5 jets ou plus car le

bruit de fond domine cette catégorie, pour les bruits de fond Z + jets et W + jets, la référence est la catégorie 2+3 jets. La signification des autres paramètres est donnée dans la section 7.8. Une limite sur µ est calculée pour différentes fenêtres de masse proches de la valeur optimi-sée. Le cas où une coupure additionnelle sur une variable notée pTB2 dont l’optimisation sera présentée dans la section 7.5.3 est considéré. Les limites pour les différents cas sont montrées sur la figure 110a. La figure 110b montre l’amélioration relative par rapport au cas nominal au moment de l’étude : 95 < m_h < 140 GeV. Indépendamment de l’utilisation de la coupure

optimisée sur pTB2, la fenêtre optimale est 110-140 GeV. Le résultat de l’optimisation dans le canal 2 leptons donne un résultat similaire, la fenêtre 110-140 GeV a donc été choisie.

Nom du paramètre Bruit de fond Catégories Valeur

Bruit de fond Z + jets

norm_Zbb Z + h.f = {Zbb, Zbl, Zcc, Zbc} Toutes Libre

SysZbcZbbRatio Zbc Toutes 12%

SysZblZbbRatio Zbl Toutes 12%

SysZccZbbRatio Zcc Toutes 12%

SysZclNorm Zcl Toutes 30%

SysZlNorm Zl Toutes 10%

SysZbbNorm_J[4-5] Z + h.f [4 jets - 5 jets ou plus] 20% SysZclNorm_J[4-5] Zcl [4 jets - 5 jets ou plus] 20%

SysZlNorm_J[4-5] Zl [4 jets - 5 jets ou plus] 5%

Bruit de fond W + jets

SysNorm_Wbb W + h.f = {W bb, W bl, W cc, W bc} Toutes 30% SysWbcWbbRatio W bc Toutes 35% SysWblWbbRatio W bl Toutes 12% SysWccWbbRatio W cc Toutes 12% SysWclNorm W cl Toutes 30% SysWlNorm W l Toutes 10%

SysWhfNorm_J[4-5] W + h.f [4 jets - 5 jets ou plus] 20% SysWclNorm_J[4-5] W cl [4 jets - 5 jets ou plus] 20%

SysWlNorm_J[4-5] W l [4 jets - 5 jets ou plus] 10%

Table 28 – Modèle utilisé pour construire la fonction de vraisemblance pour les bruits de fond

W/Z + jets. La notation SysWhfNorm_J[4-5] est une notation abrégée pour SysWhfNorm_J4

s’appliquant sur les catégories 4 jets et SysWhfNorm_J5 s’appliquant sur les catégories 5 jets ou plus. Libre signifie qu’aucune mesure auxiliaire n’est appliquée

Nom du paramètre Bruit de fond Catégories Valeur

Bruits de fond relatifs au top

SysstopsNorm single-top : canal s Toutes 4% SysstoptNorm single-top : canal t Toutes 4% SysstopWtNorm single-top : canal Wt Toutes 7%

norm_ttbar_L0 t¯t Toutes Libre

norm_ttbar_J[23-4] t¯t [2+3 jets - 4 jets] 10 %

Signal

µ Signal Toutes Libre

Table 29 – Modèle utilisé pour construire la fonction de vraisemblance pour les bruits de fond relatifs au top et le signal. La notation norm_ttbar_J[23-4] est une notation abrégée pour norm_ttbar_J23 s’appliquant sur les catégories 2+3 jets et norm_ttbar_J4 s’appliquant sur les catégories 4 jets. Libre signifie qu’aucune mesure auxiliaire n’est appliquée