Développement d'un outil d'identification des paires d'électron-positron provenant de bosons Z à haute impulsion basé sur l'étude de la sous-structure des gerbes électromagnétiques au LHC

Abstract

Lorsqu'un boson Z de haute impulsion se désintègre en paire e+e-, l'électron et le positron laissent des traces très rapprochées l'une de l'autre, ce qui rend la reconstruction de ce processus peu efficace. L'identification de signature leptoniques d'évènements massifs issus de théories telles l'extension du groupe de jauge électrofaible SU(2)_1 x SU(2)_2 x U(1) pour ajouter des bosons massifs W' et Z' se couplant directement aux bosons vectoriels et aux fermions du modèle standard est important dans l'optique de recherche de nouvelle physique puisque les états finaux leptoniques fournissent le canal de détection de plus pur. Ici, un outil d'identification des paires d'électron-positron issues de bosons Z à haute impulsion basé uniquement sur les variables décrivant les jets est développé en se basant sur des simulations d'évènements massifs produits dans le détecteur ATLAS du LHC au CERN. Une étude topologique des évènements candidats est portée dans un ensemble d'échantillons Monte Carlo. Une série de coupures rectangulaires est optimisée sur un échantillon de bosons Z produits avec une haute impulsion. L'efficacité de reconstruction des paires d'électron-positron est maximisée. Cinq sources de bruit de fonds ont été soumises aux critères de sélection pour l'étude de la suppression du bruit de fonds. Finalement l'outil développé est comparé à l'identification de paires d'électron-positron basé sur la reconstruction usuelle d'objets leptoniques au LHC. Cette comparaison met en évidence le gain significatif de l'outil développé, atteignant une efficacité de reconstruction de 93% dans des échantillons Monte Carlo à haute énergie, avec un bruit de fond négligeable.

When a Z boson with high transverse momentum desintegrates into an e+e- pair, the electron and the positron leave nearly superimposed tracks which makes the detection process very difficult. The identification of massive events arising from theories like the extension of the electroweak gauge group SU(2)_1 x SU(2)_2 x U(1) leading to the existence of massive W' and Z' bosons coupling directly to standard model vector bosons and fermions is more readily performed through leptonic channel. Here, a series of rectangular cuts comprising a purely jet substructure based electron positron pair arising from the decay of a Z boson identification in boosted topologies (p_T(Z)>1TeV) is presented. The selection process of the cuts is done through a topology study of candidate events in various Monte Carlo simulation samples. The reconstruction efficiency of the electron-positron pairs is maximised. Five background sources were tested against the selection criteria to study the background rejection efficiency of the methodology. Finally, it is found that the reconstruction tool developped nearly triples electron positron identification, reaching 93% efficiency in high energy Monte Carlo samples, with insignificant background noise.