gator_head
cms-logo
fflogodpf
fflogodpf
dimuart
Drell-Yan Activitiesfor the EWK Group
Dimitri BourilkovDimitri Bourilkov
University of FloridaUniversity of Florida
LPC Di-lepton Meeting, FNAL, March 27, 2008LPC Di-lepton Meeting, FNAL, March 27, 2008
frances
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
2
Introduction
LHC is a high massdi-lepton factory
Already with ~100pb-1 we will beprobing regions @800+ GeV
Be ready to move tohigh massesimmediately afterdemonstrating the Zpeak performance
massdy100pbcolcumm
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
3
Drell-Yan Task
Scope: study ee, μμ, eμ above (at startup – alsobelow) the Z peak; ?
Measure cross sections and (later) AFB
Existing work:
Use results from W/Z ee and μμ groups as a baseline;augment with high mass studies from HEEP and TeVmugroups
For 1-100 pb-1 extrapolation to higher masses will requireMC and (to limited extent due to low event rates) datadriven methods. Use ratios where possible. The residualdependence on pT and mass will need simulation inputs
Combining ee and μμ (and eμ) results - vital crosschecks:
>cross sections should be ~ equal
>same for DY mass spectra (slope), ratios to Z, etc.; as the resolutionsfor ee and μμ have opposite pT dependence, this will provide animportant handle
>AFB @ Z, below Z and  @ 100-200 GeV should be ~equal
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
4
Efficiencies & Resolutions
Efficiencies from data: tag and probe
At Z:
>trigger efficiencies
>offline efficiencies
Higher mass:
>can not go higher than <~ 250-300 GeV for 100 pb-1 due to       limited statistics
>backgrounds can be difficult
Resolutions from data (pT, mass):
Fit Z mass spectrum: advanced
Momentum scale calibration
High mass: limited statistics, no peak; pT balancingfor μ+μ- ?!; leapfrog method for e+e- – how far canwe go for lumi < 1fb-1?
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
5
Backgrounds
MC studies progressing well (CSA07soups)
Data driven methods for jet-jetbackgrounds (for ee, μμ)
Electrons:
machine background?
Muons:
cosmics: studies underway
machine background:
>beam halo
>neutrons? need more study
Chowder(/CSA07Muon/CMSSW_1_6_7-CSA07-Tier0-A4-Chowder/AODSIM)
tt+jets (up to 4 jets).
W+jets (up to 5 jets).
Z/gamma*+jets (up to 5 jets) not used in this study because of an upper masscut.
Stew(/CSA07Muon/CMSSW_1_6_7-CSA07-Tier0-AOD-A01-Stew/AODSIM)
BtoJpsi
QCD_Pt_0_15
Charmonium
Bottomonium
Electron_ppEleX
Muon_ppMuX
Gumbo(/CSA07Muon/CMSSW_1_6_7-CSA07-Tier0-A1-Gumbo/RECO)
"Hard" QCD dijets (pT_hat >15 GeV)
Minimum bias
Gamma+jets
WW, WZ, ZZ:
/WW_incl/CMSSW_1_6_7-CSA07-1198096665/AODSIM
/WZ_incl/CMSSW_1_6_7-CSA07-1198096684/AODSIM
/ZZ_incl/CMSSW_1_6_7-CSA07-1198096655/AODSIM
Compare results with the Drell-Yan background and Z′ signal.
Use CSA07 background samples
(https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMS/DigiRecoCSA07Signal)
Studies of non-Drell-Yan backgrounds
1.Run over all events in these datasets.
2.Use CSA07EventWeightProducer (v06-15-08-03) to get weightsfor 100 pb−1.
3.Require OR of non-isolated single-muon and dimuon triggers.
4.Require two muons with Mμμ > 400 GeV.
 Mingshui Chen(Beijing), Univ. ofFlorida
samesign_beforecuts_new
oppsign_beforecuts_new
Dijet contribution is as big as Drell-Yan in opp.-sign sample, anddominates same-sign.
Two large-weight events from μX: b-bbar with p=30 TeV, and c-cbar withvery poor χ2/dof (no quality cutsapplied yet).
Dimuon mass spectra w/o isolation cut
table6
Opposite sign
Same sign
Without isolation cut (and pT > 20 GeV cut):
M. Chen(Beijing),Univ. ofFlorida
Require ΣpT (in a cone ofΔR=0.3) < 10 GeV.
QCD background issuppressed by anorder of magnitude.
Signal (and Drell-Yan)efficiency go down by1-2%.
Events rejected by thecut (as well as same-signevents before the cut)can be used to study QCDbackground.
Isolation cut
 M. Chen (Beijing),Univ. of Florida
isol
Efficiency as a function of a ΣpT (ina cone of ΔR=0.3) cutoff:
PAS
samesign_aftercuts_new
oppsign_aftercuts_new
Dijet contribution is very small.
Largest non-Drell-Yan background is
> 400 GeV, t-tbar (about ¼ of Drell-Yan).
> 1 TeV, W+jets.
Not enough stat. to conclude on b-bbarand c-cbar.
Dimuon mass spectra w/ isolation cut
Same sign
Apply isolation cut (and pT > 20 GeV cut):
M. Chen(Beijing),Univ. ofFlorida
Opposite sign
PAS
PAS
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
10
Theory / Monte Carlo
Many things in common for ee and μμ
PDF uncertainties: well advanced
QCD corrections:
results with FEWZz @ NLO and NNLO
results with MC@NLO for NLO
QED ISR/FSR: studies progressing well
Genuine EWK corrections: theorycalculations, no MC generator ?!
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
11
Signal Definition
Standard: cross sections calculated in 4;acceptance calculated e.g. by MC
Alternative: define signal cross section to coverwhere we measure e.g. define CMS di-muon crosssection with cut on both muons |μ1|<2.4 and|μ2|<2.4
Can calculate directly in PYTHIA, HERWIG, FEWZz …
In this approach events with 1 generated muon|| > 2.4 are just part of the background
Eliminates the acceptance calculation
Can publish two (sets of) cross sections: in CMSacceptance region and (different) extrapolations to4
Nobs = L..       = acceptance . trigger . offline-reco
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
12
QCD Corrections – K Functions
For a scale 1 * <M> relatively weak massdependence of the K factors both @ NLO & NNLO
NNLO K factors vary by ~ 6 % only from Z to highmass
dykfact1
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
13
Drell-Yan Event Rates and Normalization
 Mass
[GeV]
TOTAL
 [pb]
Acceptance
|1,2|<2.4
  SEL
 [pb]
Events; Ratio to Z
1 pb-1                 [%]
Events;  Ratio to Z
10 pb-1               [%]
Events;Ratio to Z
100pb-1            [%]
70-120
1620
 0.430
 697
   700         -
 7000         -
 70000     -
120+
  18.8
 0.483
  9.1
      9        33
     90      10.5
     900    3.3
250+
   1.2
 0.595
 0.70
   0.7      120
       7      37.8
       70  12.0
500+
0.099
 0.724
0.072
       -
    0.7       120
        7    37.8
1000+
0.0065
 0.846
0.0055
       -
       -
     0. 6   129
2000+
0.00024
 0.920
0.00022
       -
       -
        -
Rough estimate: no K-functions, no efficiency (ee OR μμ)
The statistical errors on a normalization to the Z are shown in the table;the errors from PDF uncertainties are 4-8 % for the 500+ or 1000+bins. For 10 pb-1 the DY background to new physics is negligibleabove 500 GeV, for 100 pb-1 above 1000 GeV, for 1000 pb-1 around 2TeV. Any statistically significant accumulation of events in theseareas would signal new physics.
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
14
Normalization to Z Peak ‘Data’
Good agreement in ratios between PYTHIA withdifferent PDFs and FEWZz in LO, NLO & NNLO
dyznorm1
dyznorm2
Drell-Yan Tasks List
         Task (> need volunteers)
     e+e-
     μ+μ-
Triggers, datasets and skims: Check thatefficiencies are good at low and very-high PT
       +
       +
Offline reconstruction and resolution
  a) Use Z mass to calibrate scale
  b) Obtain resolutions from data
  c) Port existing code to PAT -- write new code in PAT
       +
       +
Data driven background estimation methods
  a) of special importance: machine backgrounds
        >
      >
QED ISR/FSR studies
 Common
Advanced
QCD corrections: comparison of MCs
 Common
Advanced
EWK corrections: investigate if any new MCgenerators and work with theorists
 Common
      >
PDF uncertainties
 Common
Advanced
Fast simulation validation - then use forestimating QCD backgrounds
        >
       >
Systematic uncertainties
  W/Z and
High mass Notes
Analysis of global runs data
        >
        >
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
16
Outlook
TWIKI page: task list will appear there – please sign inhttps://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMS/TWikiEWKDrellYan
Hypernews - interested people can subscribe:hn-cms-ewk-drellyan@cern.ch
Drell-Yan provides tests of the Standard Model at highestmomentum transfers (and soon after start-up will pushinto unexplored territory)
Irreducible background for high mass searches
Plenty to do before first collisions – feedback andvolunteers most welcome
CSA07 samples available
Test and verify fast simulation for high energyelectrons/muons by comparing to full simulation
Contacted groups active in high mass (and Z analyses);received feedback from W/Z, HEEP, TeVmu, LPC di-leptongroups
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
17
Backup Slides
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
18
PDF Uncertainties PYTHIA CTEQ6.1
Mass [GeV]         xsec [pb]                   PDF Uncertainty  [%/100]     CTEQ6.1
                                                    Cross Section     Xsec ratio to Z       Xsec ratio toZ
                                                                                 Uncorrelated          Correlated
 0040-0060         41.07933       + 0.067 - 0.079   + 0         - 0          + 0         - 0
 0060-0080         29.11724       + 0.058 - 0.075   + 0         - 0          + 0         - 0
 0080-0100         650.3979       + 0.053 - 0.073   + 0         - 0          + 0         - 0
 0100-0120         20.91373       + 0.050 - 0.071   + 0.074 - 0.102   + 0.004 - 0.005
 0120-0140         4.166503       + 0.047 - 0.067   + 0.071 - 0.100   + 0.010 - 0.010
 0140-0160         1.773516       + 0.045 - 0.066   + 0.070 - 0.098   + 0.014 - 0.015
 0160-0180       0.9442186       + 0.043 - 0.063   + 0.069 - 0.097   + 0.019 - 0.019
 0180-0200       0.5534378       + 0.041 - 0.061   + 0.068 - 0.096   + 0.022 - 0.023
 0200-0300         1.047500       + 0.040 - 0.058   + 0.067 - 0.093   + 0.030 - 0.030
 0300-0400       0.2334509       + 0.038 - 0.053   + 0.066 - 0.090   + 0.042 - 0.040
 0400-0500   0.7916863E-01   + 0.038 - 0.050   + 0.066 - 0.088   + 0.051 - 0.047
 0500-0600   0.3307076E-01   + 0.039 - 0.049   + 0.066 - 0.088   + 0.058 - 0.053
 0600-0700   0.1550730E-01   + 0.040 - 0.050   + 0.067 - 0.089   + 0.064 - 0.057
 0700-0800   0.7982878E-02   + 0.042 - 0.051   + 0.068 - 0.089   + 0.071 - 0.062
 0800-0900   0.4451912E-02   + 0.043 - 0.052   + 0.069 - 0.090   + 0.075 - 0.066
 0900-1000   0.2634348E-02   + 0.045 - 0.054   + 0.070 - 0.091   + 0.080 - 0.069
 1000-1500   0.4326681E-02   + 0.049 - 0.058   + 0.072 - 0.094   + 0.090 - 0.076
 1500-2000   0.6327142E-03   + 0.061 - 0.068   + 0.081 - 0.100   + 0.109 - 0.088
 2000-2500   0.1307343E-03   + 0.077 - 0.079   + 0.094 - 0.108   + 0.131 - 0.100
 2500-3000   0.3304343E-04   + 0.101 - 0.093   + 0.114 - 0.118   + 0.158 - 0.114
 3000-3500   0.9280736E-05   + 0.128 - 0.110   + 0.139 - 0.132   + 0.186 - 0.133
 3500-4000   0.2832010E-05   + 0.166 - 0.133   + 0.175 - 0.152   + 0.225 - 0.158
 4000-4500   0.9166083E-06   + 0.208 - 0.160   + 0.215 - 0.176   + 0.267 - 0.185
 4500-5000   0.3097030E-06   + 0.267 - 0.189   + 0.272 - 0.203   + 0.330 - 0.214
 5000-5500   0.1052451E-06   + 0.340 - 0.220   + 0.344 - 0.232   + 0.407 - 0.246
 5500-6000   0.3560790E-07   + 0.434 - 0.251   + 0.437 - 0.261   + 0.506 - 0.277
sesaps05bkg
gator_head
cms-logo
D.Bourilkov
Drell-Yan Activities for the EWK Group
19
PDF Uncertainties PYTHIA MRST2006nnlo
Mass [GeV]         xsec [pb]                   PDF Uncertainty  [%/100]   MRST2006nnlo
                                                    Cross Section     Xsec ratio to Z       Xsec ratio toZ
                                                                                 Uncorrelated          Correlated
  0040-0060        43.31540       + 0.022 - 0.024   + 0         - 0          + 0         - 0
 0060-0080         31.37652       + 0.021 - 0.024   + 0         - 0          + 0         - 0
 0080-0100         711.2241       + 0.020 - 0.024   + 0         - 0          + 0         - 0
 0100-0120         22.31959       + 0.018 - 0.023   + 0.027 - 0.034   + 0.001 - 0.002
 0120-0140         4.445462       + 0.017 - 0.022   + 0.026 - 0.033   + 0.004 - 0.004
 0140-0160         1.873783       + 0.015 - 0.022   + 0.025 - 0.032   + 0.006 - 0.006
 0160-0180       0.9922243       + 0.014 - 0.021   + 0.025 - 0.032   + 0.007 - 0.007
 0180-0200       0.5824341       + 0.013 - 0.020   + 0.024 - 0.031   + 0.008 - 0.009
 0200-0300         1.089530       + 0.012 - 0.018   + 0.023 - 0.030   + 0.011 - 0.011
 0300-0400       0.2444447       + 0.010 - 0.016   + 0.022 - 0.029   + 0.015 - 0.015
 0400-0500   0.8363874E-01   + 0.009 - 0.014   + 0.022 - 0.028   + 0.018 - 0.018
 0500-0600   0.3411233E-01   + 0.010 - 0.013   + 0.022 - 0.027   + 0.021 - 0.021
 0600-0700   0.1597897E-01   + 0.010 - 0.013   + 0.022 - 0.027   + 0.023 - 0.023
 0700-0800   0.8369605E-02   + 0.012 - 0.013   + 0.023 - 0.027   + 0.026 - 0.024
 0800-0900   0.4557460E-02   + 0.013 - 0.014   + 0.024 - 0.028   + 0.028 - 0.026
 0900-1000   0.2710390E-02   + 0.015 - 0.015   + 0.025 - 0.028   + 0.031 - 0.028
 1000-1500   0.4430216E-02   + 0.020 - 0.018   + 0.029 - 0.030   + 0.036 - 0.031
 1500-2000   0.6344162E-03   + 0.036 - 0.026   + 0.041 - 0.036   + 0.050 - 0.038
 2000-2500   0.1321555E-03   + 0.059 - 0.039   + 0.062 - 0.046   + 0.070 - 0.047
 2500-3000   0.3309892E-04   + 0.087 - 0.054   + 0.089 - 0.059   + 0.096 - 0.059
 3000-3500   0.9441089E-05   + 0.123 - 0.070   + 0.125 - 0.074   + 0.131 - 0.073
 3500-4000   0.2948886E-05   + 0.166 - 0.087   + 0.167 - 0.091   + 0.172 - 0.089
 4000-4500   0.9577241E-06   + 0.210 - 0.104   + 0.211 - 0.107   + 0.215 - 0.105
 4500-5000   0.3230551E-06   + 0.253 - 0.120   + 0.254 - 0.123   + 0.257 - 0.120
 5000-5500   0.1090954E-06   + 0.294 - 0.138   + 0.294 - 0.140   + 0.298 - 0.137
 5500-6000   0.3693165E-07   + 0.327 - 0.154   + 0.328 - 0.156   + 0.331 - 0.153