Data Analysis at CMS Level-1 Trigger Zhenbin Wu (University - - PowerPoint PPT Presentation

Data ¡Analysis ¡at ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡ Trigger

Zhenbin ¡Wu (University ¡of ¡Illinois ¡at ¡Chicago)

• ­‑-­‑ On ¡behalf ¡of ¡the ¡CMS ¡Collaboration

8/2/17 DPF ¡2017 1

CMS ¡Trigger ¡System

8/2/17 DPF ¡2017 2

Frontend pipelines Readout buffers Processor farms Switching network Detectors Lvl-1 HLT

~30MHz 100kHz 1kHz CMS ¡has ¡been ¡designed ¡with ¡a ¡2-­‑level ¡trigger ¡system

• Level-­‑1 ¡trigger (L1): ¡fast ¡electronics
• High ¡Level ¡Trigger ¡(HLT): ¡processor ¡farm

Challenge ¡from ¡LHC

1 A S U 1 D y 1 J u n 1 J u O 1 A u J 1 6 e S 1 2 c t 1 1

• v

1 D e c

DDte (87C)

10 20 30 40 50 60

7otDO ,nteJUDted LumLnoVLty (fb−1 )

× 50

DDtD included fUom 2010-03-30 11:22 to 2017-07-28 01:31 87C 2010, 7 7e9, 45.0 pb−1 2011, 7 7e9, 6.1 fb−1 2012, 8 7e9, 23.3 fb−1 2015, 13 7e9, 4.2 fb−1 2016, 13 7e9, 40.8 fb−1 2017, 13 7e9, 8.9 fb−1 10 20 30 40 50 60

CMS ,ntegrated LumLnosLty, SS

8/2/17 DPF ¡2017 3

1 J D n 1 J D n 1 J D n 1 J D n 1 J D n 1 J D n 1 J D n

DDte (87C)

5 10 15 20

3eDk DelLveUed LuPLnoVLty (Hz/nb)

× 10

DDtD included fUom 2010-03-30 11:22 to 2017-07-28 01:31 87C 2010, 7 7e9, PDx. 203.8 Hz/µb 2011, 7 7e9, PDx. 4.0 Hz/nb 2012, 8 7e9, PDx. 7.7 Hz/nb 2015, 13 7e9, PDx. 5.1 Hz/nb 2016, 13 7e9, PDx. 15.3 Hz/nb 2017, 13 7e9, PDx. 16.9 Hz/nb 5 10 15 20

CMS PeDk LuPLnosLty Per DDy, SS

• 2017 ¡has ¡

exceeded ¡2016 ¡ peak ¡luminosity

• Expecting ¡2017 ¡

peak ¡luminosity ¡ at ¡20Hz/nb

• After ¡LS1, ¡LHC ¡has ¡achieved ¡very ¡high ¡

luminosity

• 2016: ¡1.5*1034 cm-­‑2s-­‑1 → ¡PU~48
• 2017: ¡expecting ¡2*1034 cm-­‑2s-­‑1 → ¡PU~56
• The ¡CMS ¡trigger ¡needs ¡to ¡maintain ¡and ¡

improve ¡performance ¡while ¡keeping ¡the ¡rate ¡ under ¡control

Level-­‑1 ¡Trigger

8/2/17 DPF ¡2017 4

The ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡trigger ¡system ¡has ¡been ¡fully ¡Phase ¡1 ¡upgraded ¡in ¡2016

The ¡Level-­‑1 ¡Menu

8/2/17 DPF ¡2017 5

• A. ¡Tapper, ¡ICHEP2016
• The ¡bandwidth ¡allocated ¡per ¡trigger ¡
• bject ¡type ¡in ¡2016 ¡L1Menu for ¡

1034cm-­‑2s-­‑1 ¡luminosity

• Note: ¡fractions ¡are ¡inclusive ¡-­‑> ¡no ¡

attempt ¡to ¡correct ¡for ¡overlaps ¡

• Trigger ¡strategy ¡for ¡2017: ¡data ¡

analysis ¡at ¡Level-­‑1 ¡trigger

• Object ¡matching ¡with ¡offline ¡

reconstruction ¡

• More ¡sophisticated ¡trigger ¡

algorithm ¡matching ¡to ¡offline ¡ data ¡analysis

L1 ¡e/ɣ in ¡2017

• ffline

T

)/E

• ffline

T

• E

L1 T

(E 0.5 − 0.4 − 0.3 − 0.2 − 0.1 − 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 a.u. 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

2017 data 2016 data

(2017) (13 TeV)

• 1

(2016) + 53 pb

• 1

221 pb

CMS Preliminary candidates γ L1 e/

8/2/17 DPF ¡2017 6

• Dynamic ¡clustering ¡improved ¡energy ¡containment ¡

and ¡resolution

• Cluster ¡shape ¡veto:
• Discriminate ¡e/ɣ from ¡jets ¡using ¡cluster ¡

shape ¡and ¡EM ¡energy ¡fraction

• Cluster ¡energy ¡calibrated ¡with ¡LUT
• Isolation ¡re-­‑optimized ¡for ¡2017 ¡scenarios
• High ¡pT isolation ¡WP ¡for ¡single ¡e/ɣ trigger
• Low ¡pT isolation ¡WP ¡for ¡cross ¡trigger

Updated ¡calibration ¡ improved ¡energy ¡resolution, ¡ comparing ¡to ¡2016

L1 ¡e/ɣ in ¡2017

[GeV]

T

E

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Efficiency

0.2 0.4 0.6 0.8 1

2017 Data, X=40 in GeV unit 2016 Data, X=42 in GeV unit

<PU> = 24

L1EG(X) OR L1EGIso(X-2) OR L1EGIsoEr(X-4)

(2017) (13 TeV)

• 1

(2016) + 53 pb

• 1

221 pb

CMS Preliminary 8/2/17 DPF ¡2017

vtx

n

20 40 60 80 100

Efficiency

0.2 0.4 0.6 0.8 1

2017 Data 2016 Data Z -> ee >35 GeV

e T

p

L1 Single EG

<PU> = 24

Threshold: 38 GeV + isolation (2017) (13 TeV)

• 1

(2016) + 53 pb

• 1

221 pb

CMS Preliminary 7

• New ¡isolation ¡WP ¡improved ¡e/ɣ

efficiency ¡with ¡respect ¡to ¡2016

• Two ¡curves ¡at ¡same ¡trigger ¡rate
• Isolation ¡and ¡H/E ¡retuned ¡for ¡2017 ¡

condition

• Better ¡turn ¡on ¡at ¡same ¡trigger ¡rate

L1 ¡Muon ¡in ¡2017

8/2/17 DPF ¡2017 8

Improved ¡muon ¡efficiency ¡w.r.t 2016:

• RPC ¡added ¡to ¡both ¡barrel ¡and ¡end-­‑cap ¡track ¡finder
• Retuned ¡the ¡muon ¡pT assignment

L1 ¡muon ¡pT > ¡25 ¡GeV

Level-­‑1 ¡Global ¡Trigger

• It ¡is ¡implemented ¡in ¡

μTCA technology ¡with ¡ large ¡FPGAs

• It ¡receives ¡and ¡

synchronizes ¡inputs, ¡ and ¡issues ¡the ¡L1 ¡ trigger ¡decisions

• High ¡flexibility ¡in ¡trigger ¡

menu ¡design

• It ¡supports ¡analysis-­‑like ¡

conditions, ¡such ¡as ¡ invariant ¡mass, ¡ transverse ¡mass ¡

8/2/17 DPF ¡2017 9

The ¡Vector ¡Boson ¡Fusion ¡Process

8/2/17 DPF ¡2017 10

• A ¡Higgs ¡boson ¡can ¡be ¡produced ¡from ¡the ¡

fusion ¡of ¡the ¡two ¡vector ¡bosons

• The ¡Higgs ¡boson ¡decay ¡products ¡are ¡often ¡

located ¡in ¡the ¡central ¡of ¡the ¡detector

• The ¡outgoing ¡quarks ¡producing ¡high-­‑pT jets ¡

in ¡the ¡forward ¡region ¡of ¡the ¡detector, ¡ forming ¡large ¡angular ¡separation ¡and ¡large ¡ invariant ¡mass

The ¡VBF ¡topology ¡allows ¡selecting ¡region ¡of ¡phase ¡space ¡with ¡excellent ¡signal ¡to ¡ background ¡ratio, ¡is ¡one ¡of ¡the ¡most ¡sensitive ¡categories ¡for ¡the ¡SM ¡H→𝜐𝜐 analysis

The ¡VBF ¡Trigger ¡Strategy

• nline [GeV]

lead jet T

E 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Rate reduction factor 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Preliminary

CMS

(13 TeV)

• 1

6.3 pb 2016 Data ZeroBias <PU> = 55 > X GeV

lead jet T

at least 1 online jet with E > 35 GeV

sub jet T

at least 2 online jets with E > 620 GeV

jj

and m

8/2/17 DPF ¡2017 11

• ffline [GeV]

lead jet T

E 40 60 80 100 120 Efficiency 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.8 0.81 0.82

Preliminary

CMS

(13 TeV) 2016 Simulation τ τ → VBF H > X (X') GeV

lead jet T

at least 1 online (offline) jet with E > 35 (45) GeV

sub jet T

at least 2 online (offline) jets with E > 620 (720) GeV

jj

and m

• At ¡least ¡one ¡jet ¡with ¡ET > ¡X
• At ¡least ¡two ¡jets ¡with ¡ET > ¡Y
• In ¡the ¡collection ¡of ¡jets ¡with ¡ET > ¡Y, ¡at ¡least ¡a ¡pair ¡with ¡mjj > ¡Z

At ¡X=90GeV, ¡a ¡~95% ¡rate ¡reduction ¡for ¡only ¡~5% ¡efficiency ¡loss ¡is ¡achieved ¡

The ¡VBF ¡H→𝜐𝜐

[GeV]

jj

• ffline m

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Events/40 GeV 50 100 150 200 250 300 350 400

Preliminary

CMS

(13 TeV) 2016 Simulation τ τ → VBF H

Only VBF selection Only DiTau selection DiTau AND VBF

8/2/17 DPF ¡2017 12

[GeV]

τ sub T

• ffline p

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Events/2.5 GeV 200 400 600 800 1000

Preliminary

CMS

(13 TeV) 2016 Simulation τ τ → VBF H

Only VBF selection Only DiTau selection DiTau AND VBF

With ¡VBF ¡trigger, ¡ ~60% ¡gain ¡in ¡ acceptance ¡for ¡an ¡ acceptable ¡ increase ¡in ¡rate.

• A ¡dedicated ¡hadronic ¡𝜐𝜐 algorithm ¡designed ¡for ¡SM ¡H→

𝜐𝜐 analysis

• It ¡selects ¡events ¡with ¡a ¡pair ¡of ¡𝜐 with ¡pT >32GeV ¡with ¡a ¡

14kHz ¡allocated ¡trigger ¡bandwidth ¡at ¡Level-­‑1

Summary

• The ¡CMS ¡level-­‑1 ¡trigger ¡system ¡is ¡fully ¡commissioned ¡in ¡2016
• New ¡calibration ¡and ¡tuning ¡improved ¡object ¡performance ¡in ¡

2017 ¡data ¡taking – While ¡keeping ¡both ¡rate ¡and ¡pileup ¡dependence ¡under ¡ control

• Further ¡exploit ¡new ¡functionalities ¡from ¡L1 ¡global ¡trigger, ¡which ¡

support ¡new ¡trigger ¡algorithms – Bringing ¡analysis-­‑like ¡condition ¡down ¡to ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡trigger ¡ system

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