Le canal W → eν dans CMS

Un schéma du détecteur CMS est représenté sur la Figure 2.5. Le détecteur est décrit de manière complète dans la référence . Une analyse de la mesure de la section efficace de production inclusive du boson W dans le canal électron sur données simulées a été récemment publiée [81]. La sélection suivante est appliquée : • un électron isolé doit être présent au niveau du High Level Trigger ; • un cluster du calorimètre électromagnétique à cristaux scintillants de tungstate de plomb (PbWO4), associé à une trace dans le détecteur interne, est exigé. Il doit satisfaire les conditions ET > 20 GeV et | η |< 2.5. Trois critères de qualité sont appliqués : un critère d’isolation de la trace, un critère sur la largeur de la gerbe en η et le rapport de la composante hadronique sur la composante électromagnétique de la gerbe. L’efficacité combinée de reconstruction de l’électron vaut 0.65. Les événements avec deux clusters satisfaisant les conditions précédentes sont rejetés. Aucune coupure sur E/T n’est appliquée : l’acceptance est donc déterminée seulement à partir de la sélection cinématique et géométrique appliquée à l’électron. Les bruits de fond sont identiques à ceux présents dans ATLAS (voir Sec. 4.3). La distribution complète de E/T est utilisée pour extraire la contribution du bruit de fond QCD (regroupant les contributions di-jets et bb¯, voir Fig. 9.3). La méthode utilisée est la suivante : • un template de E/T pour le bruit de fond QCD est déterminé en inversant le critère d’isolation de l’électron ; • un template pour le signal est obtenu à partir des événements Z → ee, en enlevant un électron du calcul de E/T (les tours calorimétriques dans un cône d’ouverture angulaire ∆R = 0.1 autour de l’électron sont exclues). Afin de prendre en compte la différence de cinématique entre les événements, l’impulsion transverse du boson Z est soustraite puis ajoutée avec la correction MW /MZ ; • un ajustement combiné à partir des deux templates est effectué sur les données pour déterminer les fractions de signal et de bruit de fond. Une erreur systématique de 5% (sur l’estimation du nombre d’événements de signal) est attendue. Le traitement des bruits de fond électrofaibles, compatible avec cette méthode, n’a pas été étudié. Il est important de noter que, de manière analogue à l’analyse effectuée dans ATLAS, la sélection de l’électron utilisée est non-optimale : dans les deux cas, les critères d’identification seront optimisés à partir des données et évolueront en fonction du degré de compréhension du détecteur, du niveau de bruit de fond réel et de la quantité de données accumulée. L’incertitude sur les niveaux attendus respectifs du bruit de fond QCD limite la comparaison. 

Le canal W → eν dans CDF 

Une description complète du détecteur CDF est présentée dans la référence [71]. Une analyse de la mesure de la section efficace de production du boson W dans le canal électron sur les données du run II du Tevatron1) a été publiée en 2007 [82]. La sélection suivante est appliquée : • le trigger est basé sur un électron d’énergie transverse élevée dans la partie centrale définie par | η |< 1.1 ; • un cluster du calorimètre électromagnétique à échantillonnage plomb-scintillateur doit satisfaire ET > 25 GeV ; il doit être associé à une trace dans le détecteur interne (p track T > 10 GeV). Les critères de qualité suivants sont considérés : i) le rapport de la composante hadronique sur la composante électromagnétique de la gerbe ; ii) le rapport E/p de l’énergie du cluster sur l’impulsion de la trace ; iii) deux critères sur le profil latéral de la gerbe ; iv) un critère sur l’association géométrique cluster-trace ; v) un critère d’isolation du cluster. Le critère d’isolation est défini de la manière suivante : l’énergie transverse dans un cône ∆R = 0.4 autour du cluster doit être inférieure à 10% de l’énergie transverse du cluster. Les événements avec deux clusters satisfaisant les conditions précédentes sont rejetés ; • E/T doit être supérieure à 25 GeV Les distributions de E/T (avant la coupure sur celle-ci) et de masse transverse du W pour le signal et les bruits de fond sont représentées respectivement sur les Figures 9.4 et 9.5. Le niveau du bruit de fond QCD dans la région du signal est de 2% ; il est déterminé avec une précision de 50%, en utilisant la méthode de la matrice appliquée à l’énergie transverse manquante et à l’isolation de l’électron. Le rapport signal sur bruit (dû aux jets) est dix fois plus défavorable au LHC ; les performances du détecteur ATLAS supérieures pour la réjection électron-jet devraient cependant permettre de réduire le bruit de fond QCD à un niveau similaire. L’efficacité combinée de reconstruction de l’électron vaut 0.749, l’incertitude relative est de 1.2%. La statistique accumulée permet de réduire cette incertitude (dans ATLAS, une incertitude de 0.4% est attendue pour 1 fb−1 [25]). L’incertitude systématique globale est dominée par l’incertitude sur l’acceptance : 1.8%. La valeur obtenue dans l’analyse présentée dans cette thèse est plus élevée (5.6%) : elle ne tient pas compte de l’utilisation des données qui permettent d’optimiser les paramètres des générateurs pour obtenir un excellent accord données-simulation et de réduire ainsi l’incertitude. Le résultat final, obtenu pour 72 pb−1 de données, est : σ = 2780±14(stat.) ±63(syst.) ±166(lumi.) pb soit une incertitude relative : δσ σ = 0.5%(stat.) ±2.3%(syst.) ±6.0%(lumi.) 9.3 Perspectives pour 2009-2010 Au jour d’écriture de ces lignes, le planning du LHC est basé sur l’hypothèse d’un long run de physique à partir de Novembre 2009 (précédé d’un court run à une énergie dans le centre de masse de 900 GeV) : le run pourrait durer une année (sans shutdown hivernal) et permettre de collecter jusqu’à 200 pb−1 de données de collisions à une énergie dans le centre de masse de 10 TeV [83]. Des données simulées à 10 TeV sont actuellement en cours de production. Dans cette section, seul l rapport initial signal sur bruit (pour le bruit de fond QCD, avant sélection) est estimé au niveau générateur (voir Tab. 9.4). La section efficace pour le bruit de fond QCD est donnée après application du filtre au niveau générateur simulant la sélection appliquée au trigger L1 pour les objets électromagnétiques (voir Sec. 4.4). Comme attendu, le rapport S/B semble plus favorable à 10 TeV (∼ +30%). Ce résultat doit être vérifié au niveau reconstruit après sélection ; l’analyse complète à 10 TeV sera effectuée d’ici le démarrage.