Sertaç Öztürk - Ankara YEF Grubu

İki-Jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
(ve İki-Jet Rezonansı Çalışmalarına Etkisinin
Araştırılması)
Sertaç Öztürk
!
Gaziosmanpaşa Üniversitesi ve University of Iowa
ANYEF 2015: Ankara Yüksek Enerji Fiziği Çalıştayı
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
İçerik
İki-Jet Olayları ve Yeni Fizik
CMS Deneyinde İki-Jet Rezonansı
İki-Jet Olaylarında Parton Çiftinin
Belirlenmesi
İki-Jet Rezonansına Katkısı
Özet
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
2
2.
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
THEORETICAL
MOTIVATION
Parton
Çiftinin Belirlenmesi
İki-Jet Üretimi
sufficiently short distances or large exchanges of momentum, high values of Q2 , ⇥s
JetAtYapılandırma
Sertaç ÖZTÜRK
becomes arbitrarily small. This is called ”asymptotic freedom”. This indicates that QCD
asymptotically converges to zero at high energies or short distances. When Q2 ⇥ ⌅
İki-Jet Üretimi
quarks become free particles.
Jet
KRD renk yüklü kuark ve gluonların etkileşmelerini
Jet
Production
in etkileşmelerin
a Hadron Collision
açıklayan
kuvvetli
teorisidir. 2.3
q
Son durum partonlar deneysel olarak gözlemlenen
parçacık jetleri meydana getirirler.
s
Fragmentation
g
p
The Feynman rules are used to calculate many predictions of QCD,such as, the prob-
p
✓ Partonlar gluonlar yayımlar ve bu gluonlar kuark
s
ability of ve
a given
process
between
an initial state and a final state. This probability is
anti-kuark
çiftlerine
bozunurlar.
Fragmentation
q
Bütünsection,
renkli objeler
called as✓cross
⇥. Thehadronizasyon
cross section sonucu
for a hard
scattering
process
initiated by two
TIVATION
Sertaç
ÖZTÜRK
Jet
renksiz parçacıklar oluşturur. hadrons with four-momenta P1 and P2 is given by (Ellis, 1996)
İki-jet bir olaydaki en yüksek enerjili ilk iki jettir.
Sert saçılma sürecinin tesir kesiti
Z
Figure 2.2. Description of the jet production in a hadron collision.
While the coupling strength decreases with Q2 , the color force increases with the dis-
2When two
2 quarks
2 are separated, a new quark-antiquark pair (a
he magnitude
in2 ,the
QCD
⇥(P1 , P2 )of
= momentum
dx1 dx2transferred
fi (x1 , µ2 ) f j (x
µ2 )interaction.
⇥ˆi jtance
(p1between
, p2 , quarks.
(µ
),
Q
/µ
).
(2.22)
s
n by
⇤
i, j
F
F
meson) spontaneously is created from vacuum.This phenome is called color confinemen
9
KRD etkileşim sabiti
Q 2→∞ veya Λ→0, kuarklar
where the momenta of the
partons which are engaged in the hard interaction are p1 = x1 P1
12⇤
serbest parçacıklar olurlar.
Buna
(2.20)
⇥s (Q2 ) =
2
Q
serbestlik”
denir. by interacting partons.
and p2 = x2 P2 , x1(33
and x22nare
hadron momentum
carried
ln( 2 ) of “Asimtotik
f ) fraction
The function fi (x, µ2F ) are the quarkSertaç
gluon
parton destiny
functionsParton
(PDFs)
defined
at a
Öztürk
İki-jet Olaylarında
Çiftinin
Belirlenmesi
p
3
İçerik
Özet
İki-Jet
Üretimiis not recommended as default jet finding algorith
following
steps:
detector
levels. However
SISCone
SM İki-Jet
Jet Yapılandırma
İki-Jet Rezonansı
CMS experiment since it doesn’t work for the events with high pile-up activity and
Parton Çiftinin Belirlenmesi
1. not
Make
of particles.
CPUlist
efficient.
CMS supports SisCone algorithm with cone sizes R = 0.5 and R =
Jet Yapılandırması
2. 4.3.3
Calculate
d and diB .
Anti-k i j Algorithm
4. JET RECONSTRUCTION AT CMS
Sertaç ÖZTÜRK
T
Jetler kirli objelerdir.
Detektör
bilgileri
(izler,
kalorimetre
vb.) jetand return
3. If di j is smallest,
combine
i and
j into
a singlekuleleri,
new particle
The anti-kT yapılandırması
algorithm is an infrared
and collinear safe algorithm and it is used by
için girdilerdir.
Calorimeter Jets: Energy deposition in the calorimeters cells (HCAL and ECAL)
which is combined into calorimeter towers are used for reconstruction. The calorimeter
default jet reconstruction
algorithm.
Thei anti-k
is alist
special
of to
kT step
algor
T the
algoritmaları
jetlerin
4-vektör
4. asOtherwise,
it Jet
diB yapılandırma
is smallest,
remove
from
andform
return
towers are the input into jet reconstruction algorithms. A calorimeter tower consists of
bileşenlerini
eder.
recombination and combines two particle
The kT algorithm
is based onelde
a pair-wise
applied on energies of the individual cells to suppress the contribution from calorimeter
veleft.
collinear
güvenilir
olmalıdır.
✓
readout electronics noise when building calorimeter towers. These
threshold
valuesuntil
cantowers)
if their relative
transverse
momentum
is less than a given mea
5. calorimeter
Repeat
noİnfrared
particles
HCAL cells and the geometrically corresponding ECAL crystals. The thresholds are
be seen in Table 4.1 (Zielinski, 2010). In addition, to suppress contribution from event
Anti-kt algoritması (R=0.4 ve 0.6) ATLAS ve CMS
The distance di✓
j between particle (or calorimeter tower) i and j and diB between
deneylerinin kullandığı jet yapılandırma algoritmasıdır.
in jet reconstruction. Fig.4.2 shows an event display of a dijet event. The calorimeter
The
distance
measurement
can be generalized as
beam (B) are definedAT
as CMS
4. JET
RECONSTRUCTION
Sertaç ÖZT
segmentation in ⇥ and is shown with energy
deposition
in calorimeter towers. The blue
pile-up, calorimeter towers with transverse energy of ETtowers < 0.3 GeV are not used
ET (GeV)
part shows energy deposition in HCAL and red part shows energy deposition in ECAL.
300
pTi
ddiBiB==p2Ti
100
R2i j = (yi
0
η
R2
2p
ECAL
Jet 1
200
2p 2pR2
ij
min(p
2 Ti2, pT j )
ddiijj ==min(p
,
p
)
Ti T j
HCAL
Jet 2
Düşük veya Yüksek
Doğrultu
R2i j
R2
(
50
y j )2 + (⇥i
⇥ j )2
(
-4
-2
“k
T” (düşük pT parçacıklar)!
where p is a parameter that is p=1:
1
for
k
algorithm. It means that soft particles are clu
T
!
0
2
2
Only towers with ET>0.3 GeV are shown
CMS Experiment at LHC, CERN
Run / Event: 140383 / 191703493
Lumi Section: 211
p=0:
(mesafe)!
where R has a similar
role“Cambridge-Aachen”
as in the cone algorithm
(Salam, 2010). The kT wor
firstly. If p =
4
-2
Φ
0
1, anti-kT algorithm
is obtained and hard particles are clustered
!
following steps:
p=-1: “anti-kT” (yüksek pT parçacıklar)
rather than soft particles (Salam, 2010). If p = 0, an energy dependent clustering
Figure 4.2. An observed dijet event in the CMS calorimeters. Energy deposition in HCAL is
Öztürk
shown by blue and energy deposition in ECAL is shown bySertaç
red.
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
4
And we study the QCD background
(t-channel):
•
sensitive
sear
q
q
q,g
q,g
q
q
q,g
q,g
İçerik
Özet
Motivasyon ve Modeller
1
1
X
X
SM İki-Jet
~
~ Rezonansı
Wethe
study
the
We
inclusive
dijet find
CMS’ te İki-Jet
2 study
2
QCDinclusive
İki-Jet Rezonansı
q,g
q,g
b-Jet Etiketleme ile spectrum
İki-Jet Rezonansı
spectrum
the centr
dijet
andq,g
theand
dijet
Parton Çiftinin Belirlenmesi
qq
q q,g
q,g m
q
q,g
q,g
Together
theMass
Dijetand
Mass
Together
the Dijet
R
2. THEORETICAL
Sertaç ÖZTÜRK
weQCD
study
thesensitive
QCD background
(t-channel):
study
background
(t-channel):
• Andthe
• And we MOTIVATION
sensitive
search
ned
search
for newfor
phys
q,g
and dijet resonances
(s-ch
• We search for quark contact interactionsq,g
"
"
Motivation
"
"
İki-Jet Rezonansı
İki-jet olayları yeni fizik araştırmaları için oldukça
kullanışlıdır. Introduction
QCD
Contact Interaction
q,g
qq,g
q
Monday, July 5, 2010
Motivation
Motivation
~ 1 q,g
Öngörülen bir çok yeni parçacık kuarklar ve gluonlarla
‣
‣
‣
‣
QCD Dijet Resonance
Dijetdistri
mas
Dijet
mass
q,g
q,g q,g
q,g
‣
mass
fromap
mass from
QCD
Motiv
X
q,g
2
Dijet cenr‣
‣ Dijet ‣centrality
Search0for0new0physics0in0inclusive0dijet0final0states
bağlaşım yapar.
dynamics
frfl
qand• dijet
q,g
q,g
dynamics
from
ang
q,g
Wequark
searchcontact
for quark
contactqinteractions
resonances
(s-channel):
q,g
interactions
and dijet resonances
(s-channel):
Weq,g
search
forq,g
quark
contact
interac
Benchmark0hypotheses • We search• for
plus
✓ Son durumda iki-jet olaylı olaylar meydana gelir.
Quark$contact$interactions$(CI)
KRD olaylarını
bir ardalan oluşturur.
Excited$quarks$(q*)
Monday,
5, 2010 Interaction
Contact
Dijet Resonance
Contact Interaction
Contact
Interaction
And we study theDijet
QCDResonance
background
(t-channel):
•JulyAxigluons
Dijetprovi
mas
Dijet
mass
q
q
q,g
q,g
q
q
q,g
q,g
q
q
Quantum$Black$Holes$(QBH)*
particles
det
particles decaying
1
X
1
X
1
~ 2
QCD
c
~ 2
~ Dijet
2
cen
Generic$Gaussian$Model
Dijet
centrality
r
q,g
q,g
q q 2.6. Feynman
q q,g
q,g
fluctuation.
Figure
of
dijet
resonance.
q
q,g
fluctuation.
qq,g
We quark
search
for quark
contact
interactions
and dijet
•diagram
for
contact
interactions
and
dijet q
resonance
• We search
q,g
Monday, July 5, 2010
Yeni fizik sinyalinin araştırılması
Three0related0observables:
‣
‣
Motivation ‣
Motivation
Monday, July 5, 2010
q,g
E6 Diquark
D
Axigluon
A
q,g+
Triplet
0
q q,g
q,g
+
RS Graviton
G
Singlet
QCD
Monday, July 5, 2010
dijet$mass$mjj
q,g
0.004
qq
q,g
when
a
when
all
exper
qq
q q,g
q,g
q
Octet
1
0.05
qq̄
ICHEP
2010,the
Paris
ICHEP
2010,
Paris
Konstan
And
we
study
QCD background
(t-channel):
q,g
q,g
•
And
we
study
the
QCD
background
(t-channel):
q,g
q,g
• C Octet
q,g
Coloron
1
0.05
qq̄
QCD
2|$<$1.3
q,g
‣
(1/N)$dN/d
New$Physics
| 1%
‣
ICHEP
2010,the
Paris
Contact
Dijet Re
weQCD
study
the QCD background
(t-channel):
• And
Contact
Interaction
Dijet
the
background
(t-channel):
we studyq,g
QCD Resonance
background
• And we study
q,g
• AndInteraction
qq
q q,g
q,g cen
q
Dijet
Model
Name
X
Color q J P
/(2M)
Chan ‣
Dijet
centrality
r
New$Physics
1 0.02 ~ 1
X
inte
Excited Quark q* QCD
Triplet QCD
1/2+ ~ New$Physics
qg contact
contact
interaction
Q
2
2
F (mjj)
dmjj
‣
Monday, July 5, 2010
F (m jj )
2+
N (|
y1 W
y2 | 1W’
.2) Singlet
Heavy
N (|Heavy
y1 yZ2 | 3Z’
.4) Singlet
String
S
dijet$mass$m
jj
mixed
1
QCD
1
mixed
0.01
Monday, July 5, 2010
0.01
q,g
qq̄ , gg 4
QCD
QCD
q,g qq̄ q,g
q,g
|y10.01
% y2|$<$3.4qq̄
q,g
q,g
0.003 0.037=$exp$|y
qg, qq̄,
1%ygg
2|
q,g
q,g
q,g
Sertaç Öztürk
İki-jet
Çiftinin models.
Belirlenmesi
Table Olaylarında
2.4. Properties Parton
of some resonance
Two%dimensional$dijet$mass/angular$distribution$space
Monday, July 5, 2010
4
q,g
5
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon ve Modeller
CMS’ te İki-Jet Rezonansı
b-Jet Etiketleme ile İki-Jet Rezonansı
dσ/dmjj (pb/GeV)
CMS Deneyinde İki-Jet Rezonansı
19.7 fb-1 (8 TeV)
10
CMS
Data
1
İki-jet son durum kanalında yeni parçacıkların araştırılmaktadır.
1.8) Search for heavy resonances
✓ İki-jet kütle dağılımı ölçülür ve dağılımda tümseklik aranır.
Fit
10-1
QCD MC
JES uncertainty
10-2
W' (1.9 TeV)
10-3
|η|<2.5 and |Δη|<1.3
Wide jets (R = 1.1)
10-4
✓
|η| < 2.5 & |∆ηjj| < 1.3
-5
10
q* (3.6 TeV)
Geniş (şişman) jet yapılandırma metodu kullanıldı.
10-6
✓
10-7
-8
10
1000
Residuals
Sinyal şiddetini arttırmak ve ardalan olayları azaltmak için
4
1000
2
2000
1500
2000
3000
2500
3000
4000
3500
4000
5000
4500
5000
5500
Dijet mass (GeV)
0
-2
-4
1000
2000
3000
4000
En yüksek dik momentumlu iki AK5 PF jetleri merkez olarak al
ve pT>30 GeV, |η|<2.5 ve ΔR<1.1 olan jetleri ekle.
Kütle dışarlama limit değerleri elde edildi.
5000
Dijet mass (GeV)
Effect of
Wide jets on the tail
We developed a specific “FSR recovery” algorithm: Wide jets.
Take 2 calibrated leading jets (anti-kT) R = 0.5.
Collect calibrated jets with pT > 30 GeV with R = 1.1.
Improve the signal shape reconstruction but increase background.
18/09/2012
Sertaç
Öztürk
İki-jet Olaylarında
M. Gouzevitch.
Search
for Hadronic Resonances
in CMS
13 Belirlenmesi
Parton Çiftinin
6
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon ve Modeller
CMS’ te İki-Jet Rezonansı
b-Jet Etiketleme ile İki-Jet Rezonansı
/ ndf
0.912
1.375e-08
±4.954e-10
p1
p2
2.466
±0.1057
8.023
±0.01738
p3
0.4947
±0.006963
2 b tags
Data
10-1
Fit
10-2
10-3
Wide jets (R = 1.1)
-4
|η| < 2.5 & |∆ηjj| < 1.3
10
10-5
b* (1.8 TeV)
10
2
1000150020002500300035004000450050005500
Dijet mass (GeV)
0.8
0.7
0.6
gnatures
2000
3000
ucts
um
: high pT of the b-hadron
CMS
0, 1, 2 b tags
10
95% CL upper limits
b*
Observed
Expected
±1σ
±2σ
1
10-1
0.5
10-2
4000
5000
Dijet mass (GeV)
10-3
0.1
0
-2
1000
b* → bg
0 tags
1 tag
2 tags
0.2
Z' (3.2 TeV)
0
CMS
Simulation
0.3
G (2.8 TeV)
10-8
0.9
0.4
Z' (2.2 TeV)
-6
10-7
1
19.7 fb-1 (8 TeV)
Graph
σ × B × A (pb)
1
CMS
(8 TeV)
24.32 / 35
2
χ
Prob
p0
Tagging efficiency
19.7 fb-1 (8 TeV)
10
Residuals
dσ/dmjj (pb/GeV)
b-jet Etiketleme ile İki-Jet Rezonansı
1000
2000
3000
4000
10-4
1000
1500
Resonance mass (GeV)
2000
2500
3000
3500
4000
b* resonance mass (GeV)
b-kuarkların bozunma süreleri hafif kuarklara kıyasla daha uzundur.
✓b-kuark jetleri etiketlemeyi mümkün kılar.
İki-jet rezonans çalışmasının b-jet etiketleme yöntemi ile daha hassas hale getirilebilir.
✓b-jete bozunan modellerin duyarlılığının arttırılması
0, 1 ve 2 b-jet etiketleme oranlarının MC dan elde edilmesi
✓Taralı alan b-jet etiketlemedeki SF belirsizliği
Uyarılmış b-quark için kütle dışarlama değeri elde edildi.
Benzer yaklaşım W/Z etiketleme metodu ile yapıldı (q*→qW/Z , RSG→WW/ZZ vb.)
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
7
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Motivasyon
Sinyal gözlemlenmesi durumunda
sinyalin kaynağı belirlenebilir mi?
Mjj
qq
Q/G Jet Etiketleme
qg
Mjj
✓ Bunun için bir olay ayıracı
nasıl olmalıdır?
İki-jet kütle dağılımını parton
çiftlerine göre sınıflandırmak
yeni fizik araştırmalarına ne
kadar bir katkı yapar?
Mjj
gg
Bir iki-jet olayında parton çiftini
belirlemek mümkün olabilir mi?
Mjj
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
8
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Energy sharing variables
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Pull
Quark vs gluon jets
Olay Üretimi ve Seçimi
Kuark/Gluon Jet Etiketleme
Yeni Fiziğe Katkısı
pTD
Compared to gluon jets, quark jet
Kuarklar ile gluonlar arasında gözlemlenebilir farklılıklar vardır.
✓ Renk yükü (CF=4/3, CA=3)
✓ Elektrik yükü (±1/3 ve ±2/3 , 0)
●
Fewer constituents
●
Narrower shape
●
✓ Spin (1/2 , 1)
Bu farlılık kuark-jetleri, gluon-jetlerden ayırmayı mümkün kılar.
Gluon jetlere kıyasla, kuark jetler:
R
Harder fragmentation function a
symmetric energy sharing among
constituents
Gluon jetler
✓ Daha az KRD radyasyonu yayınlar. BOOST2014
August 21, 2014
✓ Daha az bileşene sahiptir
✓ Şekli daha dardır.
✓ Bileşenler boyunca enerji paylaşımı daha az simetriktir.
Kuark/gluon jet etiketleme bir çok fizik analizine önemli katkılar
yapabilir.
✓ Higgs araştırmaları (vektör bozon füzyonu)
✓ SUSY ✓ İki-jet rezonansı
Kuark jetler
✓ …..
August 21, 2014
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
9
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Olay Üretimi ve Seçimi
Olay Üretimi
✓ Pythia8 (v8.180) ✓ q*→qg ve RSG→qq (q=u,d,s,g) ‣ Sadece hafif kuarklar düşünüldü. b-quark jetler, hafif kuark jetlere kıyasla
gluon jetler ile daha fazla benzerlik göstermektedir.
✓ M = 1,2,3,…, 7 TeV
Jet Yapılandırma
✓ Fastjet (v3.5.5)
✓ pT<1 GeV olan yüklü parçacıklar dışarlandı. ✓ Anti-kt , R=0.5
Olay Seçimi
✓ En yüksek enerjili iki jet
✓ |η|<2.5 ve |Δη|<1.3
Çoklu değişken analizi
✓ TMVA (v4.1.3)
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
10
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Jet Değişkenleri - I
ncharged
Kuarlar tek renk yükü taşırken, gluonlar iki renk
yükü taşır.
0.045
Quark-Quark
0.04
Quark-Gluon
0.035
Gluon-Gluon
BriefGluonlar
QCDdaha
Showering
fazla QCD Theory
radyasyon yayımlar.
0.03
0.025
✓ Belli bir türdeki parçacık sayıları farklılıklar
gösterir.
0.02
0.015
0.01
içerisindeki
yüklücolor
parçacık
sayısı
‣ Jet
Gluon has
a greater
effective
charge
(squared) th
0.005
0
0
10
20
30
farklılık gösterir.
Brief QCD
Showering
Theory
N
40
50
60
70
80
90
Charged
h_mass_over_pt_subjet
0.08
Gluon
CA vs
Quark
CF
Biradjoint’s
jetin kütlesi
renk
yükü fundamental’s
faktörü ile orantılıdır.
Jet Kütlesi/Dik Momentum oranı
CA dağılımları
9
=
farklılıklar
gösterir.
GluonGluon-Gluon
has a greater effective
color charge
(squared) than
CF quark:
4
Quark-Quark
0.07
Quark-Gluon
0.06
0.05
✓ R=0.3 değeri en iyi sonucu vermektedir.
Gluon adjoint’s CA vsJet
Quark
CF limit:
Massfundamental’s
in the small angle
0.04
0.03
CA
9
=
CF
4
0.02
0.01
0
0
0.01
0.02
0.03
Mass/p (R=0.3)
!
M
2
"
αs 2 2
= C pT R
π
where C ∼ CA for gluon jets, and ∼ CF for quark jets
Jet Mass in theSertaç
smallÖztürk
angle limit:
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
11
T
in [3].
d on parton pair
tagging.
Jet Değişkenleri
İçerik
Özet
Motivasyon
İki-Jet for
Usually, using
several
the Analizi
same time can
o be able to SM
search
Çokluat
Değişken
Q/G Jet
Ayrımı variables
İki-Jet Rezonansı
Olay
Üretimi ve
Seçimi
Yeni Fiziğe
Katkısıv4.1.3 package
improve tagging
results
significantly.
TMVA
h may increaseParton
the signal
Çiftinin Belirlenmesi
[21]
part
of
ROOT
v34.02
[22]
is
used
to
combine
the
observof existence
of
a
signal
in
Jet Değişkenleri - II
able variables. The combination of the following variables
agging of the signal helps
from two leading jets is found to be optimal for distinguishing
gin of the signal.
ile𝑇gluon-jetlerin
farklıdır.
with 𝑅 = 0.3, şekilleri
𝑝𝑇 fraction
of jet with
parton pairs:Kuark-jet
Jet Mass/𝑝
ches are performed. First,
𝑅 = 0.2, charged
particle
multiplicity,
and jet
girth
[3, 23]
aration in a dijet event is
Kuark-jetler
gluon-jetlere
kıyasla
daha
dardır.
which is defined as
he effects of parton pair
!
hes at LHC are studied in
1
𝑖
𝑔 = jet ∑ 𝑝𝑇 √𝑟𝑖 ,
!
(1)
𝑝𝑇 𝑖∈jet
grid
0.05
Quark-Quark
Quark-Gluon
Gluon-Gluon
0.04
0.03
0.02
0.01
!
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
2
2 dağılımı gluon-jetlere
√
Kuark
jetlerde
enerji
where 𝑟𝑖 = (Δ𝜂𝑖 ) + (Δ𝜙𝑖 ) . Since charged particle mulgöre
tiplicity and
jetdaha
masssimetriktir.
are proportional to the color factor
Girth
Pairs
Subjet pt fraction
0.06
ypes of parton pair final
-gluon, and gluon-gluon.
dijet resonance are used
state parton pairs. The
[13] with 𝑘/𝑀Pl = 0.1 is
uon-gluon parton pairs,
ale and 𝑘 is the unknown
of p
nsion. The excitedFraction
quark
charged particle
multiplicity
andjet
Jetdik
Mass/𝑝
𝑇 ratio of gluon
bölgedeki
momentum
✓ Merkezi
jets are greatermiktarı
than quark
jets. Quark
jets aregösterir.
narrower than
kesri dağılımı
farklılıklar
gluon jets and jet energy fraction near the center of gluon jets
altjet yarıçapı değerinin en iyi sonucu
✓ R=0.2
is less than quark
jets.
vermektedir.
Figure 1 shows
the considered jet observable distributions
of two leading jets at the resonance mass of 3 TeV, for which
jet 𝑝𝑇 varies between 100 GeV and 2 TeV. Similar distribu(R=0.2)
tions are also observed at the different values of resonance
Quark-Quark
0.05
Quark-Gluon
Gluon-Gluon
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
T
0.8
0.9
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
12
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Çoklu Değişken Analizi
TMVA response for classifier: BDT
ncharged
h_mass_over_pt_subjet
0.045
Quark-Quark
0.07
Quark-Gluon
0.035
Gluon-Gluon
Gluon-Gluon
0.06
0.03
0.05
0.025
0.02
0.04
0.015
0.03
0.01
0.02
0.005
0.01
0
0
Quark-Gluon
10
20
30
40
50
60
70
80
0
0
90
NCharged
grid
0.01
0.02
0.03
Mass/p (R=0.3)
T
TMVA
4.5
Signal (qq)
4
Background (qg + gg)
3.5
3
U/O-flow (S,B): (0.0, 0.0)% / (0.0, 0.0)%
Quark-Quark
0.04
(1/N) dN / dx
0.08
2.5
2
Subjet pt fraction
0.06
0.05
Quark-Quark
Quark-Gluon
Gluon-Gluon
0.04
1.5
Quark-Quark
0.05
Quark-Gluon
1
Gluon-Gluon
0.04
0.03
0.5
0.03
0.02
0.02
0.01
0
0
0
0.01
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0
0
Girth
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
BDT response
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Fraction of p (R=0.2)
T
Tek bir değişken yerine birden fazla değişken kullanmak olay ayrımını kolaylaştırabilir.
Değişkenler jet niceliklerinden gelmektedir.
✓ Birinci jetden 4 tane değişken ve ikinci jetden 4 tane değişken. Tek bir olay için toplamda
8 değişken.
TMVA programı çoklu değişken analizi için kullanıldı
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
13
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
En Uygun Ayıracın Seçilmesi
Background rejection versus Signal efficiency
Signal (qq)
4
Background (qg + gg)
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
ROC eğrisi
Background rejection
4.5
U/O-flow (S,B): (0.0, 0.0)% / (0.0, 0.0)%
(1/N) dN / dx
TMVA response for classifier: BDT
1
0.9
0.8
0.7
0.6
MVA Method:
0.5
BDT
0.4
MLP
Fisher
0.3
0.2
0.3
BDT response
Likelihood
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
qq Signal efficiency
Sinyal ayrıştırılmak istenen parton çifti olup (qq) , Ardalan ise diğer
parton çiftlerinden (qg+gg) gelmektedir. Farklı ayrıştırma methodları denendi.
Her bir sinyal durumu için en iyi olay ayrıştırma ötelenmiş karar ağacı
(Boosted Decision Tree) metodu ile elde edildi.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
14
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Signal (gg)
7
Background (qq + qg)
6
5
4
3
2
1
0
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
9
0
0.1
BDT response
TMVA response for classifier: BDT
(1/N) dN / dx
Background Rejection
MVA_BDT
U/O-flow (S,B): (0.0, 0.0)% / (0.0, 0.0)%
(1/N) dN / dx
TMVA response for classifier: BDT
0.9
0.8
0.7
0.6
50
/5
0
0.5
0.4
Signal (qg)
8
1
Quark-Quark
0.3
Background (qq + gg)
7
Quark-Gluon
0.2
6
5
Gluon-Gluon
0.1
4
0
0
3
2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
U/O-flow (S,B): (0.0, 0.0)% / (0.0, 0.0)%
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
4.5
0.1
0.2
Her bir parton çifti için ROC eğrileri gösterilmektedir.
BDT response
TMVA response for classifier: BDT
Signal (qq)
4
En iyi ayrıştırma kuark-kuark parton çifti için elde edildi.
Background (qg + gg)
3.5
3
U/O-flow (S,B): (0.0, 0.0)% / (0.0, 0.0)%
(1/N) dN / dx
0.2
Signal Efficiency
1
0
0.1
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
✓ Bir iki-jet olay dağılımında kuark-kuark parton çiftinin meydana
getirdiği olayların %60 lık kısmı tutulurker, kuark-gluon ve gluongluon parton çiftlerinin meydana getirdiği olayların %90 lık bir kısmı
dışarlanabilir.
BDT response
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
15
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
Farklı Rezonans Kütlelerinde ROC Eğrileri
1
0.8
0.6
1
0.8
0.6
0.4
0.4
M = 1 TeV
M = 3 TeV
M = 5 TeV
M = 7 TeV
0.2
0
MVA_BDT
Background Rejection
MVA_BDT
Background Rejection
Background Rejection
MVA_BDT
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0
0
1
0.1
0.2
0.3
qq Signal Efficiency
0.8
0.6
0.4
M = 1 TeV
M = 3 TeV
M = 5 TeV
M = 7 TeV
0.2
1
M = 1 TeV
M = 3 TeV
M = 5 TeV
M = 7 TeV
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
qg Signal Efficiency
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
gg Signal Efficiency
Farklı rezonans kütleleri için ROC eğrileri gösterilmektedir.
Rezonans kütle değeri arttıkça (jetlerin pt değerleri arttıkça) daha iyi ROC eğrileri elde
edildi.
✓ Daha iyi kuark/gluon jet ayrımı
Verilen bir sinyal verimliliği için ardalan dışarladaki değişim
✓
qq için %7 , gg için %2.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
16
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
İki-Jet Rezonansına Etkisi - I
Parton çifti etiketlemenin iki-jet
resonansı çalışmalarına etkisi
araştırıldı.
Ardalan (KRD)
KRD ardalan dağılımı Pythia8 ile
üretildi.
Sinyal
✓ Farklı pT değerleri.
Mjj
Sinyal bölgesi: M±σ
Ardalan parton çifti etiketlenmesi
metodu ile 3 kısma ayrıldı. (qq, qg,
gg)
Sinyal/√Ardalalan oranına bakıldı.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
17
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Motivasyon
Jet Değişkenleri
Q/G Jet Ayrımı
Çoklu Değişken Analizi
Olay Üretimi ve Seçimi
Yeni Fiziğe Katkısı
İki-Jet Rezonansına Etkisi - II
Graph
Improvement of S/ B
Improvement of S/ B
Graph
4
Quark - Quark
Quark - Gluon
Gluon - Gluon
3
2
Quark - Quark
4
Quark - Gluon
Gluon - Gluon
3
2
1
1
1
2
3
4
5
6
7
Resonance Mass (TeV)
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Signal Efficiency
Parton çifti etiketleme metodu kullanıldıktan sonra S/√B oranındaki iyileştirme
gösterilmektedir.
Yüksek kütlelerde en iyi iyileştirme gluon-gluon rezonansı için elde edildi.
Düşük kütlelerde en iyi iyileştirme kuark-kuark rezonansında gözlemlendi.
Sinyal verimliliğinin değiştirilmesi S/√B oranındaki iyileştirmeyi biraz değiştirmektedir.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
18
İçerik
Özet
SM İki-Jet
İki-Jet Rezonansı
Parton Çiftinin Belirlenmesi
Özet
İki-jet olaylarını oluşturan parton çiftlerini ayrıştırmak için en
uygun değişkenler ve method seçilerek bir olay ayıracı geliştirildi.
Bu olay ayıracı ile en iyi verimli parton çifti etiketlemenin kuarkkuark için olduğu gözlemlenirken, en verimsiz etiketlemenin kuarkgluon parton çifti için olduğu belirlendi.
Parton çifti etiketleme methodu ile sinyal büyüklülüğü değeri
gluon-gluon rezonansı için ∼4 kat artmaktadır.
LHC bu yaz 13 TeV lik kütle merkezi enerjisinde veri alımına tekrar
başlayacak. İki-jet rezonansı analizi CMS deneyinin en öncelikli
araştırma konusu olarak seçilmiştir.
✓ Sunulan sonuçlar çerçeversinde CMS deneyinde parton çifti
etiketleme metodu ile iki-jet rezonansı analizi geliştirilmeye
başlanmış ve ilk sonuçların bu yıl sonuna kadar sunulması
beklenmektedir.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
19
Kaynak
Hindawi Publishing Corporation
Advances in High Energy Physics
Volume 2014, Article ID 719216, 7 pages
http://dx.doi.org/10.1155/2014/719216
Research Article
Identification of Parton Pairs in a Dijet Event and Investigation
of Its Effects on Dijet Resonance Search
Sertac Ozturk1,2
1
2
Department of Physics, Gaziosmanpasa University, 60150 Tokat, Turkey
Department of Physics and Astronomy, The University of Iowa, Iowa City, IA 52242, USA
Correspondence should be addressed to Sertac Ozturk; [email protected]
Received 3 July 2014; Revised 8 October 2014; Accepted 8 October 2014; Published 21 October 2014
Academic Editor: Sally Seidel
Copyright © 2014 Sertac Ozturk. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License,
which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. The
publication of this article was funded by SCOAP3 .
Being able to distinguish parton pair type in a dijet event could significantly improve the search for new particles that are predicted
by the theories beyond the Standard Model at the Large Hadron Collider. To explore whether parton pair types manifesting
themselves as a dijet event could be distinguished on an event-by-event basis, I performed a simulation based study considering
observable jet variables. I found that using a multivariate approach can filter out about 80% of the other parton pairs while keeping
more than half of the quark-quark or gluon-gluon parton pairs in an inclusive QCD dijet distribution. The effects of event-by-event
parton pair tagging for dijet resonance searches were also investigated and I found that improvement on signal significance after
applying parton pair tagging can reach up to 4 times for gluon-gluon resonances.
Sertaç Öztürk
İki-jet Olaylarında Parton Çiftinin Belirlenmesi
20