ATLAS検出器におけるFake Leptonの割合と Higgs・SUSY粒子探索に与える影響の研究 麻植健太・陣内修・佐々木貴之 田中純一・浅井祥仁・小林富雄 （ＩＣＥＰＰ and KEK） 1 Ｍｏｔｉｖａｔｉｏｎ • SUSYでは1 lepton+jetsが有望channelである。しかし、LHC で はQCD multi-jet eventの断面積が非常に大きいため(～μb)、 jetがleptonにmissIDされてしまうbackgroundが無視できない可 能性がある。 • Ｈｉｇｇｓ探索ではＶＢＦ Ｈ→ττが有望channelである。 しかし、これもQCD multi-jetがτやleptonにmissIDされてしまう backgroundが無視できない可能性がある。 これらのbackgroundの見積もりが必要 2 Contents • • • • Fake Leptonの候補 Fake Leptonの割合の評価 LeptonのEfficiencyの評価 Backgroundの評価 Full Simulation Fast Simulation 3 Fake Lepton の候補 Electron γからのpair production 片方のelectronがsoft π±とπ0によるγ たまたまπ±とγが近くでE/p～1 e- γ π± π0 e+ TRT ＥＭ ＨＣＡＬ Muon Pion punch-through HCALでminimum ionization π± γ γ TRT ＥＭ ＨＣＡＬ ATLAS EMCALはsegmentationが高い ので、ほとんど効かない Pion decay in flight Pνが小さい場合 TRT ＥＭ ＨＣＡＬ BやD softな hadronjet ν μ π± heavy flavor の semi-leptonic decay l 起源がjetなので fake leptonとして扱う ν TRT ＥＭ ＨＣＡＬ 4 Fake leptonの例 B→D+μ+ν の例 EMCAL HCAL Muon System 5 Efficiency and Rejection Fake rate= 1/Rejection Factor = miss ID lepton/reconstructed Jets Fake rateはreconstructed jetsのなかにmissIDされたleptonが含まれる割合 として定義した。Reconstructed jetとしてlight flavor起源とheavy flavor起源 ではmiss ID leptonの発生過程が異なる。 light flavor punch-throughなど heavy flavor ( bやc ) semi-leptonic decayなど よって、この2通りを考えて、それぞれのfake rateを見積もる。 6 Fake rate Heavy flavor ・ muon ・ electron Pt(GeV) fake rate fake rate Light flavor ・ muon ・ electron Pt(GeV) fake rate 10-3～ 10-4 Jet、leptonのPtが大きくなるにつれてfake rateは小さくなる傾向がある。 Muonは統計が少ないためばらついている。 Heavy flavor起源のほうがfake rateが大きい。 7 Efficiency vs Fake rate (Electron) fake rate Isolation=5GeV とは e― 2GeV ― 10GeV ― 5GeV ― 20GeV ΔR=0.45 Et<5GeV electron clusterのまわりのΔR=0.45 内でEt depositが5GeV以下 Electronのisolation条件を 2,5,10,20GeVで変化させた plot。 isolation条件を緩くすると efficiencyはあまり変わらない efficiency がfake rateが大きくなる。 isolation条件を厳しくすると efficiencyが小さくなる。 5～10GeVは適当なisolation cut 8 fake rate Efficiency vs Fake rate (Muon) Muonのisolation条件を 5,10,20,30GeVで変化させた plot。 ― 5GeV ― 20GeV ― 10GeV ― 30GeV 統計が足りないが、おおよそ 10～20GeVが適当なisolation 条件となっている。 efficiency 9 Fake rate まとめ × 10-4 Pt(GeV) jet→e jet→μ bjet→e bjet→μ bjet→τ 15-35 6.7±0.8 2.3±0.5 19±7.7 0+3.2 25±9.0 35-50 6.0±1.3 0.6±0.4 10±7.2 0+5.1 10±7.2 50-80 3.8±1.0 2.2±0.7 3.7±0.4 7.5±5.2 3.7±3.7 80-130 3.8±1.0 0.3±0.3 0+4.2 0+4.2 0+4.2 130-200 3.4±1.0 0.6±0.4 0+5.2 5.2±5.2 0+5.2 10 Determination of fake rate by Experiment Nreco leptons = eNL + rj(e)NJ + rb(e)NB fake rate = (rj(e)NJ + rb(e)NB) / Nreco leptons rj(e): fake rate by light flavor jets rb(e): fake rate by heavy flavor jets 実際のprocessではfake rateは上のように決められる。 Nは実験的に決められる。 ｒはMCから推定する。 Drell-Yan, top, SUSY(SU3) sample を用いて、この方法が適用できるか 検証する。 11 DY, top and SUSY sample Expected range for the 5GeV isolation condition 20GeV 10GeV rj : 4x10-4 rB: 5x10-4 assumed 5GeV isolation Et< 2GeV DYとtopでは推定したfake rateと一致している。＠isolation 5GeV DYは実験的にcontrolできるのでefficiency, fake rateを決められる。 これから帰納的にSUSYのefficiency, fake rateを求めることができるか？さらなる研究が必要。 12 Background の評価 Full Simulationにより、Fake rateは 10-3～10-4であることがわ かった。 Fast Simulationに適用して、QCD multi-jetsが fake leptonを含んだ場合のBackgroundを見積もる。 QCD multi-jet event SUSY 1lepton modeの Backgroundになる l missID lepton softなjet 13 events/400GeV SUSY QCD multi-jets QCD multi-jets σ～190nb(4jet以上,pt>50GeV) signal background ~ ~ m( q),m( g)～1TeV Meff(GeV) L=10fb-1 BackgroundはQCD multi-jetを 今回求めたFake rateでleptonに 置き換えたもの。 low Meff領域（～1TeV）の backgroundとなるがシグナル に比べて小さい。 (Meff=missEt+Σpt) 14 hadron τ ν events/5GeV VBF H→ττ →hνlνν mH=120GeV signal BG average Lepton τ ν ν QCD multi-jetのmiss ID bbjj→ltaujj jjjj→ ltaujj がbackgroundになる。 Mττ（GeV） L=30fb-1でのMττ distribution 統計が不十分なのでbackgroundは平均化した。 110～135GeVで signal～12 events background～6events Backgroundとしてかなり大きい。 15 Summary • Fake Rateは10-3～10-4のオーダーである。 • Electronのisolation条件は5～10GeVが適当である。Muonに ついては10～20GeVが適当であるように見えるが、統計を上 げる必要がある。 • 今回得られたFake Rateの範囲ではMuon, ElectronのFakeは SUSY 1lepton modeの大きなbackgroundにはならないことが わかった。 • しかし、VBF processではFake leptonは大きなbackgroundと なる可能性がある。これを小さくするために、更なるLepton ID の研究が必要である。 16 Lepton ID electron ΔR=0.45 Et<5GeV TRT hit tracker ePt>15GeV,|η|<2.5 Inner ＥＭ ＨＣＡＬ 0.7<E/p<1.4 ElectronはEMCALでシャワーを起こし、すべてのエネルギーをdepositする。 muon ΔR=0.45 Et<10GeV tracker μPt>15GeV,|η|<2.5 Inner ＥＭ ＨＣＡＬ Muonはminimum ionizationをして、最後にMuon Chamber にhitする。 17 Efficiency vs Fake rate electoron muon ・ 15-35GeV ・ 35-50GeV ・ 50-80GeV ・ 80-130GeV ・ 130-200GeV 18 Atlas detector Inner Si strip,pixel , TRT ,solenoid σ（pt）/pt～0.4pt EMCAL LAr, Accordion σ(E)/E～10%/√E+200MeV/E+0.7% HCAL LAr, Tile Muon detector Troidal magnet σ（pt）～2.5%@100GeV 19 hadron τ ν Lepton events/5GeV VBF H→ττ →hνlνν mH=120GeV signal background bg average τ ν ν QCD multi-jet bbjj→ltaujj jjjj→ ltaujj がbackgroundになる。 Mττ（GeV） 30fb-1でのMττ distribution 110～135GeVでestimated cross section signal～0.4fb background～0.2fb Backgroundとしてかなり大きい。 20
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