Untersuchung der Tau Zerfallsstruktur mit Energiefluss-Objekte

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1 Untersuchung der Tau Zerfallsstruktur mit Energiefluss-Objekte Robindra Prabhu (S. Fleischmann, P. Wienemann) Universität Bonn Maria Laach Herbstschule (1) Warum Tau-Leptonen? (2) Tau Identifikation in ATLAS (3) Topologisches Clustering (4) Energiefluss ( Energy flow ) (5) Trennung der Zerfallskanäle (6) Zusammenfassung / Ausblick

2 Motivation: τ in SUSY-Kaskaden Tau-Leptonen sind potentiell wichtig für die Entdeckung und Messung neuer Physik (A0/H0 ττ, H+ τν, qqh qqττ, Z ττ, etc.) beispielsweise SUSY Zerfallsketten mit weichen Tau-Leptonen im Endzustand msugra Punkt Br (χ20 τ+ τ- χ10) Δm(τ~ - χ10) Bulk-Punkt (SU3) 58 % ~ 30 GeV Koannihilations-Punkt (SU1) 25 % ~ 9 GeV 2

3 τ - Charakteristika Fundamentale Eigenschaften m(τ)= 1.7 GeV/c2 cττ-lepton = 87 μm schneller Zerfall nür durch ihre Zerfallsprodukte detektierbar Zerfallsmoden: Leptonisch (~35%) + e + e (17.4%) + + (17.8%) Leptonische Zerfälle schwer zu identifisieren unterscheiden Hadronisch (~65%) 1prong zwei Neutrinos... + c (11.0%) Hadronische Zerfälle liefern Tau Jets + c + 0 (25.4%) kollimiert + c (10.8%) + c (1.4%) niedriger Multiplizität + Kc + x 0 (1.6%) Untergrund: Jets von hadronisierte Quarks 3prong + 3 c + x 0 (15.2%) und Gluonen schwer von prompte Leptonen zu

4 τ-rekonstruktion in ATLAS Tau-Lepton ~ schmaler Jet ohne Substruktur ATLAS hat einem sehr hoch granularen Kalorimeter Besteht die Möglichkeit, die einzelnen Teilchen innerhalb des Tau-Jets zu identifizieren und rekonstruieren? d.h. rekonstruierte Objekte innerhalb des Jet-Konus mit explizitem π± / π0 Stempel 4

5 Topologisches Clustering Seed [court. JW.Tsung] Nachbar Umgebende Zellen ECAL Middle ECAL Back 5

6 1-prong + 1 π0 η Zellenenergie (MeV) TopoClustering: Vorzüge η geladener Cluster neutraler Cluster φ φ Zellenenergie (MeV) η φ η 6

7 Energiefluss (ATL-COM-PHYS ) Wie funktioniert Energiefluss? (Spur Cluster) Zuordnung eflowobject Benutzung der Spurmessung bei niedrigen pt EFO Auflösung (%) Einzel Pion Auflösung Spurkammer Kalorimeter [court. Hodgkinson/Tovey] Warum Energiefluss? Pt (GeV) am η=0 Warum nicht die Energiefluss-Objekte verbesserte Auflösung bei niedrigen pt als input für die tau ID nutzen? erweiterte ID-Möglichkeiten der Teilchen bietet ein guter Energie- und Positionsauflösung Robindra Prabhu, Maria Laach 2008 von Anfahng an 7

8 Machbarkeit (Einzelne Taus, 20GeV < ptvis < 25 GeV) Eingabe = Jets (Energiefluss-Objekte) Generator-Niveau ist es jetzt möglich die einzelnen Teilchen im Tau-Zerfall zu Identifizieren und Rekonstruieren? (court. T. Nattermann) Betrachte 1-prong Zerfallmoden: ρ± π± + π0 a1± π± + π0 + π0 1 geladenes EFO + 2 neutrales EFO 1 geladenes EFO + 1 neutrales EFO Invariant Masse (GeV) 8

9 Die Idee: - ein neuer Ansatz zur Tau-Rekonstruktion Energy Flow Tracks Topological Clusters [court. S. Fleischmann] erste Abschätzung der Zerfallsmode: 1 prong? 3 prong + nπ0? Fake? Zerfallmodespezifisch 9

10 Seed-Klassifisierung - erste Ergebnisse Schlecht Seed jet algorithm: Cone 0.4 Toll! Nicht so toll... Toll! 10

11 Taus vs Fakes : 3prong + npi0 vs 3-prong + n Pi0 QCD QCD Jets Streuung des gel. Efos um die Jet-Axe Likelihood Jet Oblateness 3-prong + n Pi0 QCD Jets Et des 2. neutralen Efo Anzahl des EM Efos 11

12 Taus vs Taus: 1prong + 1Pi0 vs Zerfallskinematik ausnutzen um Zerfallsmoden zu trennen 1prong + 2Pi0 # Charged / # Neutral Second neutral Et Angle( planes ) Invariant Mass ( all efos > 1 GeV ) a1± π± + π0+ π0 ρ± π± + π0 1prong + 1Pi0 1prong + 2Pi0 12

13 Zusammenfassung / Aussicht Energiefluss mit Topologischem Clustering ermöglicht den Zugang zur Substruktur des Tau-Zerfalls Mit Energieflussobjekten + gesteigerter Kalorimeterinformation, können wir vielleicht eine teilchenbasierte Annäherung zu Tau-ID ermöglichen Aussicht: Decay mode specific -Diskriminator ist unterwegs um einen verbesserten Rekonstruktion im niederenergetischem Bereich zu ermöglichen die zu den EFO gehörenden Information komplett ausnutzen Spur und Cluster information (Schauerprofile, etc.) komplett ausnutzen 13

14 Backup Slides 14

15 ATLAS Detektor 15