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Come riconoscere gli eventiMarcella Capua

9th International Masterclasses 2013

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Imparerete a riconoscere le particelle che attraversano il rivelatore ed a classificare gli eventi (particelle prodotte in una collisione)

osservando dati reali di collisioni LHC!

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Scopo degli esercizi introduttivi

Imparare ad identificare elettroni (e±), muoni (±), neutrini () in ATLAS

Imparare a classificare questi eventi: W+e+e

W-e-e

W- -

W++ W+W-l l fondo da produzione di ‘altro’ (che puo’ sembrare una W)

Per far questo utilizzerete ATLANTIS il programma grafico di visualizzazione degli eventi

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Minerva (Masterclass Involving Event Ricognition Visualized with Atlantis) e’ il vostro display degli eventi

ATLANTIS elabora i segnali registrati dai componenti del rivelatore durante una collisione e li trasforma in display di eventi ricostruiti.

Guardiamolo in dettaglio…

Visualizza ATLAS in tre diverse prospettive

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Vista frontale del rivelatore (piano x,y)

Si osservano le particelle nel piano trasverso ma solo quelle ricostruite nella regione centrale!!

(quelle piu’ avanti coprirebbero le altre)

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Vista laterale del rivelatore (piano ρ,z)

Si possono vedere le particelle nella regione centrale e in avanti

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Rivelatore di tracce:

misura momento e carica di particelle cariche in campo magnetico

Calorimetro elettromagnetico:

misura l’energia di elettroni, positroni e fotoni

Calorimetro adronico:

misura l’energia degli adroni (come ad esempio protoni, neutroni e pioni)

Rivelatore di muoni:

Misura momento e carica dei muoni

I neutrini attraversano indisturbati il rivelatore senza interagire con la materia e sono rilevati indirettamente attraverso la ‘missing energy’ ET

I colori...

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Rivelatore di tracce:

misura momento e carica di particelle cariche in campo magnetico

Calorimetro elettromagnetico:

misura l’energia di elettroni, positroni e fotoni

Calorimetro adronico:

misura l’energia degli adroni (come ad esempio protoni, neutroni e pioni)

Rivelatore di muoni:

Misura momento e carica dei muoni

I neutrini attraversano indisturbati il rivelatore senza interagire con la materia e sono rilevati indirettamente attraverso la ‘missing energy’ ET

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Osserviamo subito un evento!

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L’oggetto in verde ha rilasciato energia nel calorimetro elettromagnetico…

…associata ad una traccia nel rivelatore di tracce

…non ci sono altre tracce…

abbiamo identificato un elettrone o un positrone!

NB: la lunghezza della traccia e’ proporzionale all’energia dell’elettrone!

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La linea retta tratteggiata e in rosso indica la possibile presenza di un neutrino nell’evento…

…associata ad una alta energia mancante (30GeV) (lo spessore della linea e’ proporzionale all’energia associata)…

abbiamo identificato la presenza di un neutrino!

Ricordate: quark e gluoni si muovono lungo l'asse del fascio prima della collisione protone-protone con il momento trasverso totale iniziale è nullo. Per la conservazione della quantità di moto anche dopo la collisione il momento trasverso totale deve essere nullo. Se la misura fornisce un momento trasverso totale non nullo, vuol dire che qualche particella dello stato finale non è stata rivelata. I neutrini escono dal rivelatore senza essere rivelati e causano l'osservazione di un momento trasverso non nullo chiamato momento trasverso mancante.

Questo deve essere di almeno 25 GeV perché si possa associare ad un evento di produzione di W!

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Verifichiamo il momento trasverso e la carica dell’elettrone

NB: il pT della traccia deve essere almeno 20 GeV!

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Abbiamo individuato un evento candidato W-e-e !!!

5001

Registrate sulla scheda nella

vostra cartellina l’evento trovato!

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Guardiamo un altro evento...

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C’e’ una traccia ma non e’ associata ad un deposito nel calorimetro elettromagnetico…

…c’e’ una traccia nel rilevatore di muoni…

abbiamo identificato la presenza di un muone!

NB: sembra esserci una seconda (spesso piu’ di una) traccia isolata ma potrebbe non essere associata all’evento…

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Verifichiamo se soddisfa le richieste...

…l’importanza dei tagli…

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Abbiamo individuato un evento candidato W- !!!

5001 5002

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Guardiamo un altro evento... cosa suggerite?

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Non contiene: We, W...si osservano fasci di particelle (jets)...

...c’e’ deposito di energia sia nel calorimetro elettromagnetico che adronico ...

...si osservano numerose tracce associate ai jet.

E’ un evento di fondo!

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NB: Si può confondere un jet con un elettrone Ma…

• L’elettrone si ferma nel calorimetro

elettromagnetico (non ha una componente adronica)

• Un Jet ha anche una componente adronica

(elettromagnetica e adronica)• Missing energy e’ tipicamente piccola o assente

• Attenzione! qualche volta uno o piu jet possono essere prodotti insieme al bosone W

In questo caso non e’ un evento di fondo!

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Un altro evento... c’e’ un muone?

Ricordatevi di controllare sempre che il leptone che avete trovato sia isolato dai possibili jet dell’evento,

che abbia il momento trasverso minimo richiesto

e che appartengano al vertice primario

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Ricordatevi di controllare sempre che il leptone che avete trovato sia isolato dai possibili jet dell’evento!

Un utile zoom...

Premento il tasto destro del mouse sulla figura e

selezionando unzoom si ritorna alla vista globale

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Higgs? WWe-+e +++

Due leptoni con carica opposta

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Higgs? WWe-+e +++

Due leptoni con carica opposta

NB: di questi eventi dovrete verificare che il pT dei leptoni soddisfi i tagli (15 e

25 GeV)

che la Missing ET sia maggiore di 50 GeV se i leptoni sono della stessa famiglia (per rimuovere il fondo dovuto ad altri

processi: Drell-Yan o multi-jets) altrimenti bastano 25 GeV

dovrete inoltre calcolare l’angolo interno, nel piano trasverso, tra i due leptoni

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Higgs? W+W- -+ +++

NB: per calcolare ΔΦ tenere premuto il tasto ‘p’ e col mouse selezionare le due tracce di cui calcolare la differenza tra

gli angoli azimutali

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Riassumendo…

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Adesso tocca a voi!

Facciamo un paio di esercizi prima di fare la misura!!!

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Sul vostro pc e’ gia’ aperto Atlantis

Facciamo l’esercizio 1

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Facciamo l’esercizio 2(vi sara’ utile il diagramma visto prima che e’ nella vostra cartellina e sintetizza i criteri di

selezione e i tagli necessari per classificare un evento

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Facciamo l’esercizio 2Aprite il file ‘esercizio2’ sul vostro desktop

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Cosa succede dopo pranzo?

Vi saranno assegnati 50 veri eventi raccolti dall’esperimento ATLAS

Dovrete classificarli e riportare sulla scheda:

se e’ un evento di produzione di W± o W+W-

o di fondo;

se e’ W+W- dovrete calcolare l’angolo ΔΦ

annotate pT,missing ET e carica del leptone coinvolto;

sommate tutti gli eventi dello stesso tipo.

Buon divertimento!!!