BG study for VBF H

VBF H->tautau->lhの最近の話題
J.Tanaka, S.Asai, K.Oe (ICEPP)
K.Nakamura, K.Inoue(Tsukuba-U)
O.Jinnouchi (KEK)
1st Oct, 2005
LHC物理解析研究会
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Contents
• Introduction
– VBF H->tautau->lh
• Study of Large QCD Backgrounds
– Introduction
– W+3jets, bbjj, jjjj, Gamma+3jets
– まとめ
• PS to ME: Z+njets
–
–
–
–
Motivation
ALPGEN Samples
Pt, eta and M(tautau) distributions
まとめ
• 今後の課題
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VBF H->tautau->lh
生成
崩壊
• ゲージ粒子対からヒッグス
粒子が生成される。
– 中央にカラーの流れがない。
 詳細はZ+njetsの部分で。
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イベントディスプレイ
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発見能力
• DYの横に信号のピークを観測できる。
• 質量が軽い場合、最も重要な発見チャンネル
– WWはピークを作らない。Countingで発見を主張するのは大変。
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QCD backgroundsに関する
最近の研究
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Introduction
• これまでQCD backgroundsはほとんど研究されていなかった。
– Full SimulationでFate rateの見積もりを行うことが可能になった。
– 複数のジェットを生成できるME Generatorの利用が可能になった。
 我々はQCD BGの寄与に関する最近研究を行った。
• 流れ
– Full Simulationされた2ジェットサンプルを用いて様々なFake rateを見積
もる。
– Fast Simulationの結果に反映させて、BGを評価する。
• Backgrounds
–
–
–
–
W+3jets :
bbjj :
jjjj :
gjjj :
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Wjjj
bbjj
jjjj
gjjj
->
->
->
->
W tau j j
l tau j j
l tau j j
e tau j j
注意：j->tauは古いe-R関数を利用する。
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W+3jets
• サンプル
– Alpgen ver1 (not ver2)
– N= ~4.9M, corresponds to L ~ 3.48fb-1
• When we apply all the cuts, 2
candidates remain in the signal
mass windows, 110-135GeV.
– This corresponds to x-sec of
0.57fb, however it is
apparently too low statistics.
• We make a rejection factor of
tauID smaller in order to
evaluate this BG contribution.
M(tautau) GeV
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W+3jets
Rx0.1
Rx0.5
M(tautau) GeV
?
M(tautau) GeV
• To estimate a BG in a signal region, we assume that this BG shape is
flat in a region between 50 and 220GeV.
• Using the “Rx0.1” case, x-sec of W+3jets BG is estimated to 0.27fb
(110-135GeV).
– This is the same order of Z+njets contribution.
– W+3jets becomes a serious BG of VBF H->tautau->lh.
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Fake rates (Jet)
preliminary
Pt(GeV)
Jet -> e
Jet -> m
BJet->e
BJet->m
BJet->t
15-35
6.7
2.4
19
< 3.2
25
35-50
6.0
0.6
10
< 5.1
10
50-80
3.9
2.3
3.7
7.5
3.7
80-130
3.8
0.3
< 4.2
< 4.2
< 4.2
130-200
3.4
0.6
< 5.2
5.2
< 5.2
200-
1.4
0.2
< 2.4
< 2.4
< 2.4
in 10-4
• Fake rates are obtained from J1-J8 QCD di-jet samples.
– Cone jets (dR=0.4)
• Jet -> m : ~10-4, others : ~10-3
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bbjj
• サンプル
– Alpgen ver1
– Mjj > 350GeV, Pt(j) > 35GeV, Pt(b) > 20GeV and so on.
– x-sec = 71.5nb
Corresponds to L=1.4x105 fb-1
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M(tautau) GeV
• We use the following fate rates,
– b->e/m : 2 x 10-3
– b->t : 10-3
• x-sec of this BG is estimated to
~4x10-3 fb in the signal mass
region, 110-135GeV.
– It is negligible!
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Corresponds to L ~ 8fb-1
jjjj
30GeV
M(tautau) GeV
Missing Et GeV
• When a fake rate (Jet->e) is 10-3, this BG remains. x-sec of this BG
is estimated to ~0.26fb (110-135GeV).
– This is the same order of Z+njets contribution.
– Still checking this result. (need more statistics)
• To decrease this BG, a cut on Missing Et is very important. If our
Missing Et resolution is worse than atlfast, this BG becomes large.
We need to use a tighter cut on Missing Et to decrease this BG.
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gjjj
• fake rate of gamma->e
– ~0.5% at 15<Pt(gamma)<130GeV (preliminary)
• Sample
– Alpgen ver1
– N= ~0.9M, corresponds to L ~ 1.5fb-1
• x-sec of this BG is estimated to ~3.4x10-4 fb in the signal mass
region, 110-135GeV.
– It is negligible!
– To decrease this BG, a cut on Missing Et is very important.
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QCD BGのまとめ
• W+3jetsと4jetsは新しいBGである。(preliminary)
– x-sec=~0.2fb … Z+njetsと同じオーダー
– ともに、tauIDの性能の向上が必須。
• x10なら、無視できるレベルになる。
 track based tauIDの研究 (中村)
– 4jetsに関しては、Missing EtのResolutionも問題。
• Signalの再構成にも非常に重要。
• bbjjとgjjjは十分小さいBGである。(preliminary)
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ME Generatorを利用する重要性について
～ PSからMEへ～
Z+njetsの研究
PSを捨てる訳ではない。
Soft/CollinearはPSを使う。
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Motivation
• Rapidity gap is a good evidence of VBF.
• It helps to separate signal from BG.
• It also helps to separate “VBF process” from “gluon
fusion process with high pt jets”.
• Property of 3rd jet is very important for this rapidity gap.
However, the current studies are based on PS model for
3rd jet. We use ME to produce 3rd and 4th jets.
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Samples : Z(->ll)+njets
• We produced exclusive samples for Z+njets(n=2,3,4) with the
modified ALPGEN ver.1 (small weight events can be produced).
• Conditions
– Qrem2 = Qfac2 = Mean Pt
= [Sum of pt2 of njets] / n
– Loose conditions for ME-parton
• Both leptons Pt>10GeV and |eta|<2.5
• 50< M(ll) < 500GeV
• Jets : Pt>20GeV, |eta|<5.0, dR>0.7
• Cross-section s(pp->Z+njets)*Br(Z->tautau) and Generated events
– Z2j : 122 pb,
– Z3j : 53.1 pb,
– Z4j : 20.6 pb,
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71.9 fb-1
87.7 fb-1
102.4 fb-1
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ME ALPGEN + PS
• We use the following method (“our MLM method”) to avoid the
double counting of events: (not CKKW method)
1. Veto : “Pt of ME-partons < Pt of PS-partons”
2. Veto (matching) : Jets (Pt>20GeV) at the outside of cone
(dR=0.4), whose center is defined by the direction of a MEparton.
ME-parton
Rec-jet
Good
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Bad
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Pt and eta distributions
Alpgen sample, before jet veto, normalized to 1.
eta of 3rd jet
Pt of 3rd jet
Z2j w/o
matching
Z2j
Z3j
Z4j
w/ matching
• Pt of 3rd jet is harder as n is larger.
• 3rd jet of Z3j and Z4j is central.
• By jet veto: 47% of events remains for n=2, 31% for n=3, 20% for n=4.
– Jet veto becomes more effective as n is larger.
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M(tautau) distributions
ATHENA ATLFAST
Z+njets (n=2,3,4)
ALPGEN
L=30fb-1
MH=120GeV
ATHENA ATLFAST
Z+njets (n=2)
ALPGEN
Z2j
Z3j
Z4j
• From left and middle figs, K-factor (real part only) is
obtained to ~1.1.
– Rejection by jet veto becomes effective, but x-sec increases
since we produce additional jets by ME.
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Z+njetsのまとめ
• Additional jetsの研究にはME Generatorでジェットを生成する
必要がある。
– 3rd jetのPt及びeta分布がより正しくになった。
• 3rd jetのPt分布の改善により、jet vetoが効果的になった。
• High Ptを持ったジェットをきちんと生成したため、x-secは最終的
に増加した。
– K-factor (real part only) is ~1.1.
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今後の課題（VBF H->tt->lh）
• ME GeneratorによるBGの研究 (主にFast Simulation)
– Alpgen ver2の評価 … CKKW/MLM
• 特にZ/W+njets
• DC3 (実験開始前の最後の大規模MCデータ生成プロジェクト)
• ヒッグス粒子の再構成のための研究 (主にFull Simulation)
– tauRec/IDの開発 … 中村(筑波大) … track based
– Missing Etの研究
• Energy Flowを使って、Resolutionをよくできないか？
– Jet Vetoの研究 … 井上(筑波大)
• CellやClusterの情報を積極的に利用した研究。
– (Forward) Jetの再構成
• Full2Fastの開発：Fullで全データを生成することは不可能のた
め。
– Fake rate等の研究と平行に。
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建設の状況
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