Prsentation du stage effectu au LPNHE

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Présentation du stage effectué au LPNHE du 28
Mai au 29 Juin 2007
Participation à l'étude du quark top dans
l'expérience ATLAS située sur le collisionneur
protons-protons au LHC
Responsable de stage Sophie Trincaz Duvoid
Biteau Jonathan
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PLAN

• I- Le contexte du stage
• La physique des particules
• Le LPNHE
• Le LHC et ATLAS
• II- Le travail de mon groupe de recherche
• La masse du top
• Le signal
• La simulation du signal
• III- Sélection du signal en dileptons avec
  ATLAS
• Sélection du signal ? W W- ?
  e?e ???
• Etudes des électrons avec Z ? e e
• Etudes des muons avec Z ? ? ?
• IV- Conclusion

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Jonathan Biteau Soutenance de stage - 03/07/2007
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PLAN

• I- Le contexte du stage
• La physique des particules
• Le LPNHE
• Le LHC et ATLAS
• II- Le travail de mon groupe de recherche
• La masse du top
• Le signal
• La simulation du signal
• III- Sélection du signal en dileptons avec
  ATLAS
• Sélection du signal ? W W- ?
  e?e ???
• Etudes des électrons avec Z ? e e
• Etudes des muons avec Z ? ? ?
• IV- Conclusion

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La physique des particules

• Toute la matière dans l'Univers petit nombre de
  constituants de base
• (stables ou non) régies par quelques forces
  fondamentales

Boson de Higgs responsable de la masse de toutes
les particules

• Etudier les particules massives est possible dans
  un accélérateur
• Etudier les collisions recréer l'environnement
  des commencements de l'Univers

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Le LPNHE

• Domaine de compétence du LPNHE
• physique des particules
• cosmologie
• astroparticules

Dizaine d'expériences en cours
Expériences telles que

• Le LPNHE dépend de
• l'IN2P3 (CNRS)
• Paris 6 et Paris 7

• composé de
• 62 chercheurs
• 49 ITA

ATLAS
AUGER
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Le LHC

• Large Hadron Collider
• Collisionneur proton -proton au CERN
• 27 km de circonférence
• ATLAS, CMS, ALICE, LHCb
• Energie 14 TeV (dans le CDM)
• collisions toutes les 25ns (valeur nominale)
• Buts majeurs préciser le MS, découverte du
  boson de Higgs, physique au delà du MS
• Fonctionnement en Mai 2008

ATLAS
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Le détecteur ATLAS

• Le détecteur
• Zone d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trajectoire et impulsion des particules chargées
• Calorimètre Electromagnétique
• Mesure de l'énergie des photons et des électrons
• Calorimètre Hadronique
• Mesure de l'énergie des hadrons
• Spectromètre à Muons
• Mesure de l'impulsion des muons

• A Toroidal LHC AparatuS
• 2000 chercheurs, 34 pays
• 10 ans de fonctionnemment

• 7000 tonnes
• 44m de long pour 22m de diamètre

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Le détecteur ATLAS

• Le détecteur
• Zone d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trajectoire et impulsion des particules chargées
• Calorimètre Electromagnétique
• Mesure de l'énergie des photons et des électrons
• Calorimètre Hadronique
• Mesure de l'énergie des hadrons
• Spectromètre à Muons
• Mesure de l'impulsion des muons

• A Toroidal LHC AparatuS
• 2000 chercheurs, 34 pays
• 10 ans de fonctionnemment

• 7000 tonnes
• 44m de long pour 22m de diamètre

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Le détecteur ATLAS

• Le détecteur
• Zone d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trajectoire et impulsion des particules chargées
• Calorimètre Electromagnétique
• Mesure de l'énergie des photons et des électrons
• Calorimètre Hadronique
• Mesure de l'énergie des hadrons
• Spectromètre à Muons
• Mesure de l'impulsion des muons

• A Toroidal LHC AparatuS
• 2000 chercheurs, 34 pays
• 10 ans de fonctionnemment

• 7000 tonnes
• 44m de long pour 22m de diamètre

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Le détecteur ATLAS

• Le détecteur
• Zone d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trajectoire et impulsion des particules chargées
• Calorimètre Electromagnétique
• Mesure de l'énergie des photons et des électrons
• Calorimètre Hadronique
• Mesure de l'énergie des hadrons
• Spectromètre à Muons
• Mesure de l'impulsion des muons

• A Toroidal LHC AparatuS
• 2000 chercheurs, 34 pays
• 10 ans de fonctionnemment

• 7000 tonnes
• 44m de long pour 22m de diamètre

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Le détecteur ATLAS

• Le détecteur
• Zone d'interaction collisions p-p
• Détecteur interne
• Trajectoire et impulsion des particules chargées
• Calorimètre Electromagnétique
• Mesure de l'énergie des photons et des électrons
• Calorimètre Hadronique
• Mesure de l'énergie des hadrons
• Spectromètre à Muons
• Mesure de l'impulsion des muons

• A Toroidal LHC AparatuS
• 2000 chercheurs, 34 pays
• 10 ans de fonctionnemment

• 7000 tonnes
• 44m de long pour 22m de diamètre

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PLAN

• I- Le contexte du stage
• La physique des particules
• Le LPNHE
• Le LHC et ATLAS
• II- Le travail de mon groupe de recherche
• La masse du top
• Le signal
• La simulation du signal
• III- Sélection du signal en dileptons avec
  ATLAS
• Sélection du signal ? W W- ?
  e?e ???
• Etudes des électrons avec Z ? e e
• Etudes des muons avec Z ? ? ?
• IV- Conclusion

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Le quark top
Pourquoi la masse du top ?
Ce qu'on sait de la masse du top

• Découvert en 1995 (nombreuses études restantes)
• Particule la plus lourde connue
• ( noyau d'or)
• Sa masse et celle du boson W contraignent celle
  du Higgs
• Intérêt dans des théories au delà du modèle
  standard

Dernière mesure par le Tevatron ( collisionneur
p anti p à 2 TeV ) mt 170.9 1.8 GeV
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Les divers scénarii

• ?( )833 pb, 2 par seconde
• top instable (? 10-24s ),
• t ? Wb
• Trois possibilités
• le canal hadronique (44)
• ? W W- ?
• le canal semileptonique (45)
• ? W W- ? l?l
• le canal dileptonique (11)
• ? W W- ? l?l l?l

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Les divers scénarii

• ?( )833 pb, 2 par seconde
• top instable (? 10-24s ),
• t ? Wb
• Trois possibilités
• le canal hadronique (44)
• ? W W- ?
• le canal semileptonique (45)
• ? W W- ? l?l
• le canal dileptonique (11)
• ? W W- ? l?l l?l

Sélectionné (signature caractéristique)
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Simulation du signal
MC Truth
Passage dans le detecteur
A mon arrivée dans le groupe, changement de
version de programme de simulation /
reconstruction
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Simulation du signal
Données simulées
MC Truth
Passage dans le detecteur
Données réelles
A mon arrivée dans le groupe, changement de
version de programme de simulation /
reconstruction
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PLAN

• I- Le contexte du stage
• La physique des particules
• Le LPNHE
• Le LHC et ATLAS
• II- Le travail de mon groupe de recherche
• La masse du top
• Le signal
• La simulation du signal
• III- Sélection du signal en dileptons avec
  ATLAS
• Sélection du signal ? W W- ?
  e?e ???
• Etudes des électrons avec Z ? e e
• Etudes des muons avec Z ? ? ?
• IV- Conclusion

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Sélection du signal ? W W- ?
e?e ???

• Coupures supplémentaire sur les jets et les
  leptons
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5

• Critères
• 1 e et 1 ? bien identifiés et de charges opposées
• Energie transverse manquante ( ? )
• 2 jets (hadronisation des b)
• Impulsion totale (particules reconstruites) gt 210
  GeV/c

• Etudes supplémentaires sur l'identification
• des leptons
• Muons Etude de Z ? ??
• Electrons Etude de Z ? e e

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Sélection du signal ? W W- ?
e?e ???

• Coupures supplémentaire sur les jets et les
  leptons
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5

• Critères
• 1 e et 1 ? bien identifiés et de charges opposées
• Energie transverse manquante ( ? )
• 2 jets (hadronisation des b)
• Impulsion totale (particules reconstruites) gt 210
  GeV/c

? - ln (tan ( ? / 2 ))

• Etudes supplémentaires sur l'identification des
  leptons
• Muons Etude de Z ? ??
• Electrons Etude de Z ? e e

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Sélection de Z ? e e

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isEM()

• Mesure d'efficacité de la coupure isEM()
• 76 sur la release 11
• 63 sur la release 12
• Plus de réalisme...

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Sélection de Z ? e e

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isEM()

• Mesure d'efficacité de la coupure isEM()
• 76 sur la release 11
• 63 sur la release 12
• Plus de réalisme...

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Sélection de Z ? ? ?

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isCombinedMuon()
• matchChi2OverDoF()
• fitChi2OverDoF()

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Sélection de Z ? ? ?

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isCombinedMuon()
• matchChi2OverDoF()
• fitChi2OverDoF()

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25
Sélection de Z ? ? ?

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isCombinedMuon()
• matchChi2OverDoF()
• fitChi2OverDoF()

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Sélection de Z ? ? ?

• Critères
• Pt gt 20 GeV/c
• ? lt 2.5
• isCombinedMuon()
• matchChi2OverDoF()
• fitChi2OverDoF()

matchChi2OverDoF() lt 0,02 Bruit
MatchChi2OverDoF
MatchChi2OverDoF
Masse du Z0 reconstruit
Masse du Z0 reconstruit
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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

Lepton
Jet
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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

MC Truth
Passage dans le detecteur
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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

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Conclusion

• Travail sur l'identification des électrons
• Travail sur l'identification des muons
• Raffinement supplémentaire pour les jets possible
  (?R)
• Problème avec la vérité à résoudre
• De nombreux problèmes posés durant ce changement
  de version
• Constante navigation entre problèmes physiques et
  informatiques

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Annexe
NOUVELLE VERSION
ANCIENNE VERSION
NOUVELLE VERSION
ANCIENNE VERSION
ANCIENNE VERSION
NOUVELLE VERSION
ANCIENNE VERSION
NOUVELLE VERSION
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