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Center of mass energy determination from Z events
Introduction/ motivation. Selection, measurement method. Results 189GeV-207GeV. Systematic Error- Focus on:
fragmentation. ISR simulation. detector effects.
Other LEP experiments results.
Benjamin Trocmé
LAPP Annecy
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Motivation to measure beam energy
Last Aleph W mass measurement sent to Moriond 2001:
Systematic correlated between all channels and experiments!!
GeVLEPFSI
syststatMW
)(017.0)(015.0
.)(023.0.)(038.0477.80
3
Classical determination of Ebeam
Magnetic field measurement with NMR probes; calibrated at low energy with resonant depolarisation+extrapolation.
Linear behaviour of NMR probes checked by flux loop.
1998 1999 2000
DEbeam 20MeV 21MeV 25MeV
Titre:/disk_5s0/pippa/tex/ecalpap/flux_1.epsAuteur:HIGZ Version 1.23/07Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
4
Classical determination of Ebeam(2)
Alternative methods to constraint high energy region: spectrometer + Qs measurement:
performed during dedicated periods. Final results not yet published.
Z analysis.
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Titre:zgtuto.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Z analysis: principle
Z resonance still very important at LEP2 with radiative return processes:
Z resonance parameters well known extract .
Analysis started by Eugeni Grauges: paper published at 183GeV. presentation in Thursday meeting
13/1/2000.
Titre:zgamma.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
ss'
s
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Considered events
3 types of events: e+e- qq + undetected e+e- qq + detected e+e- + undetected
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e+e- qq + undetectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053426_001462_010329_1152.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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e+e- qq + detectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC054261_004998_010329_1324.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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e+e- + undetectedTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053374_001560_010329_1539.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/recons01_99/kinAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Extraction of x
Classical selection leading to high level of purity (~90%).
x=1-s’/s: fraction of beam energy by ISR photon deduced: muonic channel:classical angle
formulae
hadronic channel: kinematic reconstruction, taking into account jet energies. When detected,photon axis is
considered.
|)sin(|)sin()sin(|)sin(|)sin()sin('
2121
2121
ss
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Reweighting fit
Use of similar method as W mass measurement to extract Ecm.
Reference Monte Carlo: KK2f.
Main constraint: peak position.Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Result at 188.6GeV: e+e- qq + undetected.
Parabolic behaviour
Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/spAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Result at 188.6GeV: e+e- + undetected.
Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/muAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Analysis between 189GeV and 207GeV
One per energy/ channel. Combination of new quantity:
Statistical error: Ez only.
Systematic error: ELEP and Ez. Uncorrelated between ELEP and Ez. 100% correlated between years.
LEPZ EE D
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e+e- qq + undetected
e+e- qq + detected
Titre:spe13all/989900/95kk2fespr/989900_95kk2fesprengsep.Auteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Titre:spe13all/989900/95kk2fesprisr1/989900_95kk2fesprisrAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Titre:mu13all/989900no192/95kk2fespr/989900no192_95kk2fesAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/plAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
e+e- + undetected
General combination
2.3
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Source Hadrons Muons
LEP simulation 5 5
Fragmentation 47 -ISR simulation 20 10
ISR/FSR 10 -MC stat 9 21
Background 8 15
Charged tracks 1 1
Energy correction 2 -Angular resolution 4 4
Angular bias 147 81
Calo. Simulation 109 -Total 190 86
Systematic error
Procedure follows as much as possible the one used for W mass.
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Titre:arch/200/energy_200.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
LEP simulation
Angles between beams: 1mrad (overestimated) would lead
to 4MeV bias. Energy dispersion in a given
sample
related systematic ~ 3MeV Differences of energies between
Ee+ and Ee-
additionnal boost (24MeV in 98): no impact on peak position; only on resolution.
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Fragmentation
Used samples: 500K of kk2f hadronised with Jetset. 500K of kk2f hadronised with
Herwig v6.2, using Kinagain facility.
48 pseudo experiments with 2 different reference samples.
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Fragmentation (2)
bias consistent with observed by Opal:
Need further investigations (DMW<15MeV).
MeV2644
Titre:plot/syst_frag.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
MeV147
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ISR simulation
KK2f is known to be the most achieved available Monte Carlo: includes ISR/FSR interference for
muons in CEEX scheme. higher order of correction. simulates beam energy spread.
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ISR simulation(2)
KoralZ KK2f
KK2f
Corrections (2L)>corr.(3L3) CEEX at order (2) is more
accurate than EEX at order (3).
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ISR simulation(3)
Procedure to estimate ISR systematic.
Reference: CEEX at order (2). Observe bias when degrading
computation by two different ways: CEEX at order (1). EEX at order (3).
Very easy to do in KK2f (weighting procedure).
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CEEX at order (1).
EEX at order (3).
Impact < 20MeV: order of magnitude expected by Jadach.
Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/ccAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/lepener06_00/ccAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
ISR simulation in hadronic channel
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Detector effects:preliminary remarks
Why is Z measurement so sensitive to detector effect??
Very characteristic topology due to Z0 boost: many objects with cos(~0.7-0.8. Most of events have pair of jets
contained in one half space.
or
Titre:correl_ovl.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Another typical Z eventTitre:/afs/cern.ch/user/t/trocme/public/DC053407_004137_010403_1127.PSAuteur:DALI PS colour meta V1.1 20-May-1992Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/kine01_00/openiAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Titre:deriv2.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
(ECM) (jets opening angle) 2mrad 220MeV!!
Opening angle sensitivity increases with Ecm.
Detector effects:preliminary remarks(2)
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Titre:paplnx3.ps (Portrait A 4)Auteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Estimated by comparing tracks content to photon content.
2mrad!!
This a non signed bias estimate: add or subtract to jet angles.
Will systematically increase/decrease opening angle
Jet angular bias
Titre:bias_tutor2.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Jet angular bias impact(2)
96 pseudo experiments at 189GeV
Huge effect: 147MeV(combined)!
Titre:plot/syst_rob4.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Energy 189 192 196 200 202 205 207
Error(MeV) 132 139 152 155 162 167 170
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Historically, previous function was chosen to estimate the largest potential effect.
was found to be important for Z.
Why is it so small for W? no systematic effect on opening
angle:
Opening angle Opening angle
increased decreased
Jet angular bias (3)
Titre:bias_tutor2w.epsAuteur:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 1Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
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Titre:/big_data/COMMUN/users/aleph/trocme/these/Ch6/simulAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Apply W mass procedure: perform 48 pseudo experiments with 2 different Monte Carlo: reference. shaken calorimeters.
Rescaling depends on polar angle and is performed before jet clustering
angle are modified.
Calorimeter simulation
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Calorimeter simulation(2)
Impact on Z measurement between 98MeV and 128MeV depending on sample.
All samples combined:109MeV
Titre:plot/syst_calo.epsAuteur:HIGZ Version 1.26/04Aperçu:Cette image EPS n'a pas été enregistréeavec un aperçu intégré.Commentaires:Cette image EPS peut être imprimée sur uneimprimante PostScript mais pas surun autre type d'imprimante.
Energy 189 192 196 200 202 205 207
Error(MeV) 98 103 110 115 120 124 128
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Conclusion on Aleph result
2.3 disagreement between ELEP and Ez
Various checks proved result stability.
Conservative systematic error. dominant part of detector systematic. double counting: calorimeter syst/ jet
angular bias. Z special topology can turn almost
negligible error for W into the main systematic!!
Investigations to sign biases and correct them.
MeVsyststatEELEPZ .)(177.)(67435
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Other LEP experiment results
This method was initiated by Aleph.
Presentation at April 2000 LEP workshop other experiments were asked to look at their data.
qq tt
Delphi 189-202 189-202 /
L3 162-189 / /
Opal 189-202 189-202 189-202
35
Other LEP experiment results (2)
UNOFFICIAL results presented at Lisbon (november 2000).
BEWARE:Ebeam
36
Opal PRELIMINARY result
37
Other LEP experiment results(3)
Disagreement seems to be confirmed by other experiments, at least in hadronic channel.
Measurements are all dominated by detector systematic
3 Z LEP meetings since Lisbon workshops.
Activity from mainly Opal and Delphi. Lack of manpower in L3. Very useful inputs from theorist (Jadach et al.).
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LEP Plans
Meeting next tuesday: updates with Y2K result by Opal?
Delphi? following meeting with Jadach,
comparisons on ISR systematic. plans for future combination hoped
for summer conf.
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Impact on W mass
Reminder:
If deviation is confirmed by other LEP exp., several possible origins: Monte Carlo problem: could affect
W mass. wrong LEP energy:would affect W
mass: very unlikely. If deviation is not confirmed, one
must hope apparatus effect, that does not affect W mass (it is likely, considering Z special topology.)
ONGOING INVESTIGATIONS