Corr

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Corrélation de spin dans la production tt
F. Hubaut, E. Monnier, P. Pralavorio (CPPM)

1. Motivations
2. Etat des lieux théorique
3. Analyse expérimentale
4. Résultats
5. Conclusions et perspectives

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1. Motivations

• Le top décroît sans shadroniser (t3x10-25 s)
• production et décroissance du top QCD
  perturbative et calculs NLO
• spin conservé entre production et désintégration
• transmission directe aux produits de la
  désintégration

• Etude des observables reliées au spin du top
• recherches des couplages non standard dans les
  décroissances du quark top (test de la structure
  V-A)
• sensibilité à la nouvelle physique nouveaux
  mécanismes de production, test des symétries
  discrètes (CP), ...
• tests du Modèle Standard

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2. Introduction théorique (1)
Dans le repère du top, les effets de
polarisation (S) sont observés en mesurant les
distributions angulaires des particules filles
s
qi angle entre une particule de la décroissance
du top et laxe de quantification du spin du top
s ai degré avec lequel langle de cette
particule est lié au spin du top
W b l,d,s v,u,c
? (NLO) 0.40 -0.40 1. -0.32
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2. Introduction théorique (2)

• Etudes aux collisionneurs hadroniques
• Single top car le top est produit polarisé
  (300 pb au LHC)
• Paires tt (800 pb au LHC) non polarisées (lt 1)
  mais

Corrélations entre les spins des quarks
t et t
(dans la base hélicité)
s (u.a.)
Mtt (GeV)
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2. Introduction théorique (3)
Connaissant A et a, on peut écrire
q1 (q2) angle entre une particule fille dans le
repère du top (anti-top) et une direction a (b),
axe de quantification du spin du top (anti-top).
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2. Introduction théorique (4)

• Tevatron
• 15 gg vs 85 qq, g(x) à grand x ( 0.2)
• Plusieurs choix de base possibles optimal pour
  off-diagonale, i.e. A(qq)1 au LO

• LHC
• 90 gg vs 10 qq, g(x) à petit x ( 0.02)
• Asymétrie maximale dans la base hélicité
  (A0.33), pas de base optimale

• Avantages du LHC
• Grande statistique (s x 100 Tevatron)
• Corrections QCD petites (1-10)
• Incertitudes théoriques plus faibles
  (améliorations dici le démarrage)

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3. Monte Carlo
La génération des événements seffectue à laide
de

• TopReX 4.05 matrice de densité de spin au LO
  pour la production et la décroissance des paires
  tt (développé par CMS et intégré dans ATHENA)
• Pythia 6.2 hadronisation, fragmentation et
  décroissances
• TauolaPhotos décroissance du lepton t et
  corrections radiatives
• Atlfast 2.60 simulation rapide dATLAS
  reconstruction
• avec fonction de structure CTEQ5L, ISR-FSR, pas
  de pile-up.

Remarque la plupart des générateurs (Pythia,
Herwig, MC_at_NLO) nont pas la corrélation de spin
implémentée
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3. Résultats au niveau partonique
Distributions angulaires avec 2 leptons
analyseurs de spin
Pythia
TopReX
-9 CosT1 CosT2
Estimateur non biaisé de C -9 lt cos q1 cos q2 gt
C0.00
C0.33
TopReX reproduit lasymétrie attendue au LHC
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3. Décroissances des paires tt

• Différents canaux de décroissance des paires tt
  (LHC 104 pb-1)
• Dileptonique (0.4M) ee, em, mm
• Prague
• Semileptonique (2.5M) ejets, m jets
• CPPM
• Tout hadronique (3.7M) jets
• Difficile
• Bruit de fond intrinsèque (1.7M) t X

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3. Canal dileptonique (1)

• Sélection des événements
• 2 leptons (e ou m) reconstruits de charge opposée
  avec pT gt 25 GeV, hlt 2.5
• ETmiss gt 40 GeV (2n)
• 2 jets de b avec pT gt 25 GeV, h lt 2.5
• Mll-MZ gt 5 GeV , Mbb-MZ gt 5 GeV pour BdF

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3. Canal dileptonique (2)
Reconstruction de la topologie de
lévénement Ensemble de 6 équations à 6
inconnues (pn et pn) résolu dans 98 des cas (gt1
solution) avec 70 de pureté (solution correcte)
au niveau partonique

• Bruit de fond tt
• tt?t X
• Bruit de fond non tt
• Processus Drell-Yan associés avec des jets
• Z ? t t associés avec des jets
• WW
• bb ? ll

S/B8.5
S/B10
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3. Canal semileptonique (1)
lej (a 0.5) ou W, b (a 0.4)

• Sélection des événements
• 1 lepton (e ou m) avec pT gt 20 GeV, hlt 2.5
• ETmiss gt 20 GeV (1 n)
• 4 jets avec pT gt 40 GeV, h lt 2.5 dont 2 b

• Coupures de qualité
• MWREC-MW lt 20 GeV et MtREC-Mt lt 35 GeV

• Pour augmenter lasymétrie
• M(tt) lt 500 GeV (A0.33 ? 0.5)

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3. Canal semileptonique (2)
Reconstruction de la topologie de lévénement
40ltS/Blt200
S/B15

• Bruit de fond non tt
• W4jets simulé grâce à AlpGen
• Z jets ? ll jets
• WW, WZ, ZZ, Wbb faible s
• bb ? lv jets

• Bruit de fond tt
• tt?t X
• tt?jets

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3. Canal semileptonique (3)
Distribution angulaires pour Signal Bruit de
fond avec leplej
Pythia
TopReX
TopRex / Pythia
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4. Résultats au LHC (1)
Résultats attendus pour C à 104 pb-1 (erreurs
statistiques)
Analyseurs de spin lep lep leplej lepbhad ou lepWhad
Partons SM 0.332 ?0.004 0.245 ?0.002 0.192 ?0.002
Partons NC 0.005 ?0.004 -0.002 ?0.002 0.003 ?0.002
Sel. Recons. SM 0.15 ?0.01 0.15 ?0.02 0.10 ?0.02
Sel. Recons. NC 0.01 ?0.01 -0.03 ?0.02 -0.02 ?0.02
résultats préliminaires coupure M(tt)
Remarque sans reconstruction des tops, analyse
possible avec les angles dans le laboratoire,
mais effets plus faibles
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4. Résultats au LHC (2)

• Systématiques (en cours)
• Génération fragmentation du b, ISR, FSR, PDF,
  mtop, BdF
• Reconstruction b-tag, jets (taille du cône,
  calibration), acceptance,
• Coupures de sélection (pT,h), de qualité (DMW,
  DMt), M(tt)
• Incertitudes théoriques

Remarque la coupure sur M(tt) permet de
saffranchir des incertitudes à grand pT
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4. Résultats au Tevatron

• Première mesure de la corrélation de spin par D0
  
• dans la base non diagonale (optimale)
• pour les décroissances dileptoniques

• Résultats (RUN I, 125 pb-1)
• 6 événements
• Coff gt-0.25 à 68 CL (théorie 0.8 NLO)

Cest la première limite sur C !

• Perspectives
• A la fin du Run II (2fb-1), 150 événements
• C mesuré avec une précision de 0.4

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5. Conclusions et perspectives

• Effort théorique important pour offrir un cadre
  adapté à létude des corrélations de spin au
  Tevatron et au LHC.
• LHC produira une grande statistique de top ?
  sensibilité aux effets fins dans la production
  des paires tt à faible luminosité
• ATLAS peut mesurer une corrélation de spin entre
  quark top et anti-top mais encore beaucoup de
  travail
• Développements connexes polarisation des
  single tops, effets de la physique au-delà du
  modèle standard, lien avec la production de Higgs
  dans le canal (ttH),