Conseil Scientifique LPNHE D LPNHE Run IIa Run IIb

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Conseil Scientifique LPNHE DØ LPNHE Run IIa ?
Run IIb

• État du Tevatron et du détecteur D0
• Bref rappel des activités du groupe
• Bref rappel des resultats en physique Top et
  Higgs
• Luminosités attendues au Run II
• Étapes de Physique du Run IIb
• Notre participation au Run IIb

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Le Tevatron
Upgrades for Run II 2001-2009 ?10 energy
increase 30 higher stop ?integrated
luminosity increase x50 Plan (build higher
antiproton stacks!) - Increase of protons on
antiproton target - Optimization of transfers,
improved optics/helices - Increase p
stacking/storing (mixed mode/e-cool) - Upgrade
Tevatron for higher bunch intensities
Since last Moriond improvement in reliability /
operating efficiency ? in stores 120
hours/week Typical ratio of recorded to
delivered luminosity is 80-90 So far both
exper. recorded 0.8 fb-1 Results presented on
0.2-0.3 fb-1
3
Performances du Tevatron (Run II)
1.1032 cm-2sec-1
0.8 fb-1
Peak luminosity is above 1.1032 cm-2sec-1
Total 0.7 fb-1 delivered in Run II
2004 above Design !
4
Previsions a long terme
Currently expecting delivered luminosity to each
experiment ? 4 - 8 fb-1 by the end of 2009
Increase in number of antiprotons ? key for
higher luminosity Expected peak luminosity ?
3.1032 cm-2sec-1 by 2007
Today
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LExpérience DØ au Run II
LAr/U Calorimeter, fine-grained, hermetic New
trackers ? Silicon microVTX,
? Central Tracker (Scint Fibers) 2T
superconducting solenoid Pre-shower
detectors Upgraded muon detectors Faster readout
electronics New trigger DAQ
Total of 800,000 Silicon channels
55000 Calorimeter cells
80,000 channels in the Central Fiber Tracker
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La Collaboration DØ

• 19 pays
• Europe (8), Asie(4) et Amérique du Nord,
  Centrale et du Sud
• 86 institutions laboratoires
• 36 US
• 50 non-US
• dont 7 In2p3
• 544 physiciens
• dont 56 In2p3

auteurs papiers RunII
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Expérience DØ au LPNHE
Le groupe du LPNHE a rejoint lexpérience D0 le
1/1/98, avec le LAL, le CPPM et lISN Grenoble,
rejoints plus tard par lIPNL et lIReS, avec
comme engagement de travailler sur le calorimètre
et en proposant détudier la physique du top et
la recherche du Higgs (préparation à la physique
du LHC). Composition du groupe B. Andrieu U.
Bassler (habilitation en 2003) G. Bernardi S.
Trincaz-Duvoid L. Sonnenschein (visitieur
2005-) E. Busato (thèse 2002-2005) J.-R.
Vlimant (thèse 2002-2005)
Anciens membres du groupe F. Machefert (ATER 2000
? CNRS) F. Fleuret (habilitation en 2001) B.
Olivier (thèse en 2001) S. Beauceron(thèse
en 2004) T. Kurca (visiteur 2001-2002)
ITA (jusquen 2001) P. Bailly, J.F. Huppert, E.
Lebreton, H. Lebbolo, A. Vallereau
Renforcement souhaité cette année
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Axes de Travail

• Calorimètre
• Calibration On-line
• Commissionning
• Suivi du Calo
• Algorithmes
• CALGO calorimeter algorithms and objects
• Jets-ID
• Missing ET
• EM-ID
• Groupes de Physique
• (SUSY)
• Top
• Higgs

En bon accord avec les engagements pris en 1998
In2p3 New Phenomena, Top, Higgs Saclay
Electroweak , Higgs, Top, QCD
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Spokespersons G. Blazey T. Wyatt
Trigger Board Chair I. Bertram
Speakers Bureau Chair N. Hadley
Advisory Council Chair L. Duflot
Institutional Board Chair P. Petroff
Outreach and Public Tour Area G. Snow D. Lincoln
Software Algorithms L. Duflot M. Hildreth
(Deputy)
Technical Integration Coordinators G. Ginther
Physics Coordinator J. Qian G. Landsberg (deputy)
Computing and Core Software G. Brooijmans
Editorial Boards
Production
Run IIb Upgrade V. ODell R. Lipton (deputy)
Run Coordinator B. Lee T. Yasuda (deputy)
Tracking (M. Hildreth) F. Rizatdinova
SMT / CFT Global Tracking Vertexing
Analysis
B Physics G. Borissov R. Van Kooten
Jet Energy Scale N. Parua C. Royon
Subdetectors
Silicon Layer O
Online
Calibration (J. Stark), M. Verzocchi CAL/ICD
(U. Bassler), (J. Stark) CPS A. Magerkurth FPS
A. Patwa EM ID J. Hays, C. Schwanenberger g
ID Y. Maravin t ID D. Chakraborty, S.
Protopopescu Jet ID B. Andrieu, A. Harel E-flow
A. Goussiou, A. Schwartzmann MET ID S. Trincaz,
P. Verdier
Trigger
Electroweak D. Denisov I. Iashvili
Calorimetry (Calgo) U. Bassler J. Stark
b tagging H. Greenlee G. Watts
L3/DAQ
DAQ/Online
Top A. Juste C. Tully
Trigger
Installation
Common Samples F. Déliot R. Hauser
Online Monitoring
Higgs G. Bernardi S. Choi
Data Quality T. Diehl M. Sanders (deputy)
Muon G. Hesketh R. Stroehmer
New Phenomena V. Büscher J.-F. Grivaz
PDT / MDT / MSC / AF m ID
Luminosity B. Casey L. Mundim
Subdetectors
QCD D. AltonM. Wobisch
Special Projects G. Gutierrez
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Infrastructure pour la calibration

• PROCEDURE DE CALIBRATION 2-3 fois/semaine
• détermination des piedestaux ?ped?, ?
• détermination des constantes de calibration
  gain1, gain8

après validation

• ONLINE DATABASE
• constants ordonnées par crate, card, channel

• OFFLINE DATABASE
• format optimisé pour la reconstruction

copy

• L3
• golden sample

• RECONSTRUCTION
• 0-suppression
• intercalibration des canaux et des gains
• constantes mises à jour

• ADC
• 0-suppression
• constantes mises à jour

• TRIGGER
• pas de calibration

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Qualite des donnees ? MET-x,Met-y
Missing ET computed w/o CH (Coarse Hadronic)
and with CH ltMETC-xgt ltMETB-xgt one
entry/file ltMETC-ygt ltMETB-ygt ? New prescription
for Missing ET
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Algorithmes calorimétriques T42

• But Améliorer le rapport signal sur bruit du
  calorimètre, en supprimant les cellules dénergie
  négatives et les cellules isolées ayant une
  faible énergie
• amélioration de l'énergie transverse manquante
• reconstruction des jets, e/? a basse énergie
• Utilise maintenant pour toutes les donnees de D0

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Reconstruction des jets
Principe de lalgorithme de cône - on
place des  cônes initiaux  - on recalcule
leurs positions jusquà ce quelle soit stable
Si on ne considère pas les cônes initiaux
construits autour de tours dont lénergie est
principalement dans les couches hadroniques
grossières, on rejète des jets de bruit (en vert)
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Calibration du calorimetre

• amelioration de la calibration electronique
  corrections des non-linearites et des gains a
  0.75 pour Egt3.5GeV et a 2 pour E2GeV
• implementation de lintercalibration en ?
• ?amelioration de 15 sur la resolution du Z

15
Reconstruction preparation p17
bad cell fixing

• toutes les données RunIIa seront reconstruites
  avec la version p17
• utilisee aussi pour le niveau 3 et la
  simulation
• première estimation des effets avec fix pass 2
  des données utilisees dans les analyses de cet
  hiver

verification de la simulation au niveau GEANT

• utilisation des detecteurs de pied de gerbes
• ? implementation des bases de donnees de
  calibration

implementation dun algorithme traces/calorimetre
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La physique du Top et du Higgs au Run II

• Premières mesures pour le
• Run II sur le Top
• Section efficace de production ttbar à
  sqrt(s)1.96 TeV
• U. Bassler, thèse de J.R. Vlimant ? 2005
• Recherche de production électrofaible du Top
• B. Andrieu, thèse de E. Busato ? 2005
• Recherche du boson de Higgs
• Canal WH ? l ? b b
• Premiere Limite au Tevatron (Phys. Rev.
  Letters)
• G.Bernardi, thèse de S. Beauceron ?2004

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Production de paires t t canal leptonjets

• High pt lepton
• Large missing transverse energy
• At least four jets
• 480pb-1 delivered between Aug02 and Aug04

lepton (?,e)
W
t
b
b
t
W
tau?lepton decays are included.
BR(ejets) 17.1
6.5 error on luminosity
Cross section theoretical prediction 6.77 0.42
pb
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Bruit de Fond

• Physics background
• W(lu)jets, Z(ll)jets (small contribution)
• Topological discrimination
• Instrumental
• Mismeasurement of missing energy or non W decay
  neutrinos
• Df (lepton,MET) cut
• QCD multijets with a jet faking a lepton
• Electromagnetic jets fake electrons
• Non reconstructed b-jets with semileptonic
  b-decay
• Tight cut on the lepton
• Matrix method and topological discrimination

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Echantillons apres pre-selection

• Muon channel
• Electron channel

• Agreement in estimation of number of signalW
• Not the same source of QCD background, estimated
  QCD contribution is different

Electron channel 261 loose, 125 tight
Muon channel 207 loose, 109 tight
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Extraction du Signal

• Principle
• Disentangle signal and background on event
  topology criteria. Build a discriminant variable
  on 6 topological variables and fit signal, W and
  QCD templates to data distribution, taking matrix
  method estimation into account.

• Topological variables
• Only jets
• Centrality HT/H top event are more central
• Sphericity decay chain of top event are
  spherical
• HT larger for top event
• Jets and electron
• Aplanarity decay chain of top event are not
  planar
• dphi(lepton,MET) W polarisation in top decay,
  lepton?MET
• KTmin min jet pT relative to closest jet

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Variables Topologiques

• Transform to less statitical sensitive variable
  ln(HT), exp(-11A), ...
• Fit ln(S/B) ln(ttbar/W)

• Event by event, calculate the value of the
  discriminant variable

muonjets channel plots shown on this slide
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Section Efficace
Electron channel
Muon channel
23
Production de Single Top
1) 2)
3)
4) 1) et 2) Fusion W-parton
Processus dominant 3) Production t W 4)
Production t b en voie s Important au
Tevatron, difficile au LHC
Signal un ou deux b-jets énergétiques une
désintégration de W
(Au LHC 244 pb)
Canal W-g
(Au LHC 10 pb)
Voie s W
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Single-topdistributions apres b-tagging(260 pb-1)
25
Coupure Finale, apres b-tagging
26
Limites sur la Production de Single-Top
27
Limite Single-top en voie s
28
Higgs Production et desintegration
Production
Decays
Production cross section ? in the 1.0-0.1 pb
range for gg ? H ? in the 0.2-0.02 pb range for
associated vector boson production
Dominant Decays ? bb for MH lt 135 GeV ? WW
for MH gt 135 GeV
Search strategy MH lt135 GeV associated
production WH and ZH with H?bb decay Backgrounds
top, Wbb, Zbb MH gt135 GeV gg ?H production
with decay to WW Backgrounds electroweak WW
production
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Limites sur la masse du Higgs

• direct searches at LEP
• MH gt114 GeV at 95 C.L.
• precision EW fits (winter 2005)
• MH 12673-48 GeV
• MH ? 280 GeV _at_ 95 C.L.
• ? Light Higgs favored

LEP
Tevatron provides Precision measurements of
mtop Mw and Direct searches ? SM Higgs ?
non-SM Higgs
30
Recherche de Production Wbb
174pb-1 sample with one electron and
(dominant backgd for WH)
Compared to ALPGEN, PYTHIA showering, and full
detector simulation. Normalized to NLO x-section
(MCFM for Wjets)
Electron pT gt 20 GeV, ?lt1.1 Missing ET gt 25
GeV 2 Jets pT gt 20 GeV/c, ?lt2.5
?2540 evts (2580 ? 630 expected)
? ?1 tag 76 evts (72.6 ? 20 exp.)
Data well described by simulation
Total experimentalsyst. Error 15
31
3 views of a high dijet mass (220 GeV) Wbb (WH)
candidate
ETmiss
Vertex view of a low mass candidate
Clean Events! Mass Reconstruction?
ETmiss
b-tags
dijet mass (48 GeV)
electron
ETmiss
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Mass window (-25 GeV) around Higgs Mass ? 0
events,1.07 bckgd ? 95 CL upper limit on WH
production of 9.0 - 12.2 pb for Higgs masses of
105-135 GeV Published Run II limit better than
Run I ? detector improvements
6 evts (4.4 ? 1.17 expected)
95 CL upper limit of 6.6 pb on
production for b with pTb gt 20 GeV and
gt0.75
Accepted in PRL - hep-ex/0410062
33
Le futur du Higgs au Tevatron
LEP
Ldt (fb-1)
Updated in 2003 in the low Higgs mass region
W(Z)H?ln(nn,ll)bb to include ? better detector
understanding ? optimization of analysis
Tevatron
Sensitivity in the mass region above LEP limit
starts at 2 fb-1 Meanwhile ? optimizing
analysis techniques ? understanding detectors
better ? searching for non-SM Higgs with higher
production cross sections or enhanced
branching into modes with lower backgrounds
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Upgrade Run IIb

• Le détecteur actuel a été conçu pour 2fb-1 et 2
  ? 1032 cm-2 s-1
• Le but est datteindre 3 ? 1032 cm-2 s-1 et
  daccumuler 8 fb-1 avant 2009
• dépasse la tolérance en radiations du détecteur
  de Silicium actuel
• les luminosités instantanées plus élevées
  nécessaires
• ( 3 ? 1032 cm-2 s-1) impliquent une
  amélioration du trigger

• Amélioration du Trigger
• déplacer les fonctionnalités plus en amont et
  augmenter les capacités générales du niveau L1
• maintenir les taux, temps morts
• - clustering des tours du calorimètre filtrage
  digital
• - améliorer le trigger sur les traces pour faire
  face aux taux doccupation plus élevés
• combinaison des clusters du calorimètre avec des
  traces
• adapter les trigger des niveaux L2, L3 et
  lacquisition en ligne

• Ajout dun layer 0 pour le détecteur de Silicium
  avec une version plus résistante à la radiation
• améliorer la résolution du paramètre dimpact
  (étiquetage des b)
• maintenir une bonne reconnaissancedes traces à
  ? lt 2

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Étapes du programme de Physique du Run II (a)
200 pb-1 Début 2004

• Mesure de la section eff. de production du Top a
  2 TeV (avec b-tagging)
• Amélioration de la précision sur la masse du Top
  (? 4-5 GeV )
• Recherche de SUSY au delà du Run I (lumi et
  effet de seuil 30-40)
• Recherche du SUSY Higgs _at_ grand tan ß
• Mesure de la section efficace W bb

2 fb-1 fin 2006
Mesure de la masse du Top 3 GeV et de la
masse du W 25 MeV Première observation de la
production électrofaible du Top (et x-sec)
Exclusion directe de mHiggs 115 GeV _at_ 95 (ou
faible evidence) Avancées dans les recherches
de SUSY et SUSY Higgs Recherche des dimensions
supplémentaires à l échelle de 2 TeV
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Étapes du programme de Physique du Run II (b)
5 fb-1 2007 - 2008
Observation possible (3?) du Higgs SM _at_ mHiggs
115 GeV Sinon exclusion du Higgs Standard
entre 115 et 130 GeV et entre 155 et 170 GeV
Exclusion quasi totale du Higgs SUSY (!) Tests
poussés des modèles supersymétriques minimaux
Mesures améliorées de mTop et mW ? contrainte
indirecte forte sur mHiggs Séparation voie s et
voie t dans le single Top, compétitif avec le LHC
8 fb-1 2009 - 2010
Observation possible (5?) du Higgs SM _at_ mH
115 GeV Observation possible (3?) du Higgs SM _at_
mH 120-135, 150-175 GeV Précision maximale au
Tevatron pour le Top, le W et la physique du B
Si non observation Exclusion à 95 CL du Higgs
entre 115 et 180 GeV Recherches extensives en
supersymétrie
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Projet Scientifique du Groupe (2003)

• DØ Paris souhaite continuer sur le Run II
  jusqu'à une luminosité d'au moins 5 fb-1 afin
  d'arriver à des conclusions significatives sur le
  programme de physique engagé actuellement (Top et
  Higgs)
• Les thèses en cours devant toutes être terminées
  en 2005, une deuxième série de thèses sera lancée
  pour exploiter pleinement les données accumulées
  correspondant à cette luminosité, thèses qui se
  termineront autour de 2008. Le groupe sera donc
  fortement engagé sur DØ au moins jusqu' à cette
  date.
• Au delà de 2008, l'intensité de la participation
  du groupe à D0 dépendra des résultats obtenus et
  des performances du Tevatron.
• Certains membres du groupe souhaitent profiter
  de l'expertise acquise dans D0, à la fois sur la
  qualification du calorimètre et sur l'analyse de
  la physique pp pour aider à la mise en route
  d'ATLAS au niveau du détecteur et des analyses de
  physique à partir de 2006.
• Perspectives 2005 Pas de grands changements, si
  ce nest que - Les predictions de
  Lumi sont plus solides quen 2003
  - Nous completerons le programme
  de Physique du Top sur lintegralite du Run IIa
  (1 fb-1)
  
  - Notre programme de physique
  du Run IIb sera focalise sur le Higgs