Z µµ na ATLAS detektoru

Transkript

1 Z µµ na ATLAS detektoru Zuzana Vidláková AV ČR 16/10/2009 Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

2 Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

3 Motivace Higgsův boson fyzika na energiích TeV (účinné průřezy, matematická konzistence...) proměření některých vlastností top kvarku včetně hmotnosti přesné určení hmotnosi W supersymetrie, další rozšíření Standardního modelu, Teorie Sjednocení? Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

4 Motivace Higgsův boson Obrázek: Závislost σ (pp H + X) na hmotnosti Higgsova bosonu pro LHC Obrázek: Produkční kanály Higgsova bosonu Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

5 1. Gluon fusion účinný průřez tohoto procesu je určen až na odchylku způsobenou nejistotou v určení hmotnosti top kvarku přesnější určení hmotnoti top kvarku je také úkol LHC gg H H WW llνν (bude dominovat pro m H > 135 GeV) a H ZZ ( ) llll protilehlé leptony a missing E T, lépe pouze leptony pozadí: tt WbWb a Zbb llclνclν a např. gg/qq ZZ Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

6 2. WW/ZZ fusion pro m H 160GeV qqh qqww qqllνν dva forward jety s velkým p T a malá jetová aktivitou uprostřed aktivita ve středním regionu může sloužit jako veto pro pozadí dobrá odlišitelnost od tt produkce pro m H 120GeV qqh qqτ τ qqlννlνν(qqlννhν) pozadí z Z ττ pro tento kanál nutná dobrá identifikace τ a missing E T Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

7 3. t t fusion H b b v kombinaci s tt bjjbl ν, tt bjjbjj nebo tt blνblν nutnost skvělý b-tagging kombinace různých procesů, jejichž konečným produktem jsou 4b (ttjj, ttbb, ttz...) potřebná korespondence s naměřenými daty by mohla vést k redukci pozadí Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

8 4. W/Z bremsstrahlung WH lbbν: největší účinný průřez vs. pozadí ZH llbb: nejmenší signál od Higgse vs. méně pozadí ZH bbνν: 3x silnější signál vs. obtížně redukovatelné pozadí pro vylepšení statistiky možnost kombinovat všechny 3 kanály Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

9 ATLAS Higgs discovery potential Branching Ratio bb _ ττ WW gg ZZ cc _ 10-2 γγ Zγ Higgs Mass (GeV/c 2 ) Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

10 Z 0 boson je produktem mnoha zajímavých procesů intermediální částice slabé interakce, invariantní hmotnost ± GeV/c 2, spin 1 měření účinného průřezu a spektra p T lze otestovat SM citlivost na exotické procesy součást pozadí hlavní produkce na LHC přes tzv. Drell-Yan proces Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

11 Z 0 µ + µ signatura: dva isolované vysokoenergetické miony lepton, m µ MeV/c 2, spin 1/2 miony jsou (oproti např. jetům) poměrně dobře proměřitelné objekty jelikož se jedná o "těžší elektron"neztrácí při pohybu po zakřivené dráze v mag. poli tolik energie zářením (bremsstrahlung) metoda tag and probe : výběr 2 drah v inner detectoru, jejichž invariantní hmotnost se blíží Z 0, jednomu se přiřadí nezávisle určená dráha v mionovém spektrometru, nakonec se v MS hledá ekvivalentní dráha pro druhý mion Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

12 ATLAS detektor Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

13 ATLAS muon performance 3 části: Inner detector 1 Pixelový detektor 3D-vertexing, rekonstrukce drah a sekundárních vertexů (b-jet tagging, b-kvark) η < 2.5 rozlišeni: σ Φ =12 µm, σ Z =66µm 2 SemiConductor Tracker silicon microstrips sensors přesné měření drah a hybnosti nabitých částic rozlišeni: σ Φ =16 µm, σ z=580µm 3 Transition Radiation Tracker soubor driftových komor naplněných plynem (4mm trubice s tenkými drátky uprostřed jdoucí paralelně se svazkem) souvislé měření drah rozlišení: σ=170 µm/na trubici Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

14 ATLAS muon performance p T rozlišení lepší než 10% do 1 TeV (10.5% samostatně/10.4% kombinovaně s inner trackerem) 1 Monitored Drift Tubes (MDT) driftové komory naplněné plynem η < Resistive Plate Chambers informace o druhé souřadnici dvě vrstvy uprostřed - trigger na low p T miony, jedna vrstva vně pro miony s p T time resolution: 2 ns účinnost 97%-98% (tracking) Muon Spectrometer Obrázek: Schéma průchodu mionů mionovým spektrometrem Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

15 ATLAS muon performance Muon Spectrometer 3 Thin Gap Chamber (TGC) proporcionální komory end-cap trigger, v centrální části zlepšuj tracking časové rozlišení 4 ns, účinnost triggeru 99.6%. 4 Monitored Drift Tubes (MDT) měření druhé koordináty a trigger v end-cap regionech podobný design jako TGC 5 Cathode Strip Chambers situovány blíže k beamu - příliš velký tok částic pro MDT Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

16 Trigger detektoru ATLAS Obrázek: Počet eventů za sekundu v závislosti na s. motivace: 10 8 read-out kanálů, produkce dat 1 PB/s, většina procesů z hlediska současné fyziky VE nezajímavá trigger ATLASu je 3 stupňový: 1 LVL1 trigger - hardware 2 HLT = LVL2 + EF implementován softwarově trigger musí zůstat citlivý na novou fyziku! Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

17 Trigger detektoru ATLAS 1 LVL1 výběr RoI vybraná data jsou postoupena LVL2 triggeru doba zpracování < 2.5 µs 2 LVL2 slušná přesnost, velmi široké selekční možnosti vysoce optimalizované rozhodovací algoritmy rychlost doba zpracování 10 ms 3 Event Filter (EF) přehodnocení eventu pomocí sofistikovanějších algoritmů čas zpracování 1 s Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

18 Full-chain simulation Obrázek: Full-chain simulace. generace MC dat - simulace pp srážek (následná fragmentace a hadronizace částic) a produkce požadovaných částic simulace průchodu detektorem: průchod detekčními zařízeními ATLASu a digitalizace vzniklého signálu Výstup ve formátu ESD (Event Summary Data, 1.0 MB/event) AOD (Analysis object data, 100 kb/event) Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

19 Z 0 µ + µ center-of-mass energy 10 TeV generace: LXplus - CERNský veřejný terminál a Athenu (Pythia) generace eventů (100 souborů po 100 eventech - event jedna pp srážka vytvoření 1 Z bosonu a jeho následný rozpad) při generaci pomocí Pythie jsem neuvažovala některé procesy na úrovni kvarků a partonů cut p T > 10 GeV na gridu rekonstrukce průchodu částic detektorem (geometrický model ATLAS-CSC ), 85 složek prošlo (RDO) převedení na AOD pomocí Atheny, použití transformation script (csc_reco_trf.py) nakonec prošlo po aplikaci p T a nábojového cutu 4183 dimionů Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

20 Z 0 µ + µ Obrázek: Výstup z Pythie, pseudorapidita generovaných muonů. Obrázek: Pseudorapidita částic identifikovaných jako miony po full-chain. Muon eta distribution 450 h3 Entries Mean RMS aod eta mu 300 aod_muon_eta Entries Mean RMS Count Count Muon η η Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

21 Z 0 µ + µ Obrázek: Výstup z Pythie, transversální moment vygenerovaných mionů. count Muon Pt distribution h2 Entries Mean 3.596e+04 RMS 1.441e+04 Obrázek: Transversální momentum částic identifikovaných jako miony po průchodu detektorem Count aod pt mu aod_muon_pt Entries Mean 3.613e+04 RMS 1.747e Muon transverse momentum [MeV] [MeV] P t Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

22 Z 0 µ + µ Obrázek: Zrekonstruovaná invariantní hmotnost Z 0 bosonu. Obrázek: Invariantní hmotnost Z 0 po průchodu detektorem. Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

23 Z 0 µ + µ Obrázek: Reconstructed dimuon mass for the signal and background processes before signal selection Obrázek: Reconstructed dimuon mass for the signal and background processes after signal selection pozadí: b b µµ, W ± µν a Z ττ Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

24 První data z ATLASu Obrázek: Plán B-fyziky Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

25 První data z ATLASu Luminosita pb 1 prompt J/ µµ and prompt µµ differential production cross-sections (důležitá separace prompt od indirect - přes rozpad B) detector performance (alignment, tracking, trigger) za použití dobře známých B-rozpadů důležité pro počáteční kalibraci detektoru a ATLASu a softwaru důležitá role di-mionového triggeru: 1 na úrovni LVL1 se vyberou 2 RoI, na LVL2 rekonstrukce invariantní hmotnost a nakonec vertex fit (cut) 2 na úrovni LVL1 výběr jednoho mionu, na LVL2 rozšíření RoI a hledání 2. mionu, rekonstrukce invariantní hmotnosti (cut) a nezávisle rekonstrukce tracků v inner detektoru, ve kterých se potom hledá potvrzení 2. mionového kandidáta Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26

26 J/Ψ µ + µ J/ µµ je velmi důležitý kanál pro b-fyziku (B S J/,B d J/ K 0 ) výsledky z Tevatronu (D? a CDF) naznačují, že parametr weak mixing phase S (1/8 nezávislých fyzikálních parametrů popisujících rozpad) by mohla být větší než předpokládá SM ( S = -0.04) existují modely procesů, které předpokládají další příspěvky do S kvarkonia tvoří pozadí dalších procesů na LHC miony z B-rozpadů budou mít malý moment (velmi často <10 GeV) trigger ATLASu: cut mion p T >4GeV Zuzana Vidláková (AV ČR) Z µµ na ATLAS detektoru 16/10/ / 26