Studio dei decadimenti adronici Studio dei decadimenti adronici dei mesoni con dei mesoni con charmcharm in 5 corpi in 5 corpi

carichicarichi

D+, Ds+ + + + - -

D+ K- + + + - D+, Ds

+ K+ K- + + -

Tesi di laurea di

Emanuele Simili

Università degli Studi di Milano

Dipartimento di Fisica

15 Ottobre 2002

Sommario

2 - Breve introduzione teorica

1 - Apparato sperimentale

3 - Studio dei canali di decadimento a 5 corpi tramite l’utilizzo di un nuovo algoritmo di selezione, da me implementato nell’ambito del framework ROOTROOT

5 - Studio della stabilità delle misure

6 - Confronto tra i risultati da me ottenuti con ROOTROOT e quelli ottenuti con la vecchia metodologia d’analisi PAWPAW

(D+ + + + - -) / (D+ K- + + + -)

(Ds+ K+ K- + + -) / (Ds

+ + + + --)

(D+ K+ K- + + -) / (D+ K- + + + -)

4 - Misura dei rapporti di decadimento

L’esperimento FOCUS (E831)Esperimento di fotoproduzione di charm a targhetta fissa: successore di E687, é installato al Fermilab (U.S.A.); periodo di presa dati: 1996-1997

Eventi adronici registrati: ~ 6 miliardi Eventi di charm ricostruiti: ~ 1 milione

Fotoni prodotti per bremsstralhung

( E 200 GeV )

Golden modesK, K, K

Yield = 1’167’305 3’000

Meccanismi di fotoproduzione

dei mesoni con charmFotoni a 200 GeV provenienti dalla

Wide Band Photon Lab del Fermilab

Photon-Gluon fusion tra il incidente e un gluone proveniente da un nucleone della targhetta bersaglio (di BeO)

Adronizzazione in Mesoni con charm

c

c

d

d

Meccanismi di decadimento deimesoni con charm

mc5

Sono stati oggetto della mia analisi gli stati finali a 5 corpi

carichi: Decadimento Cabibbo favorito del mesone D+ e Cabibbo soppresso per il mesone Ds

+ K+++

+++

KK+++

Decadimento Cabibbo soppresso sia per il mesone D+ che per il mesone Ds

+ ma che dispone del maggior volume di spazio delle fasi tra i decadimenti con stato finale a 5 corpi

Decadimento Cabibbo soppresso per il mesone D+ e Cabibbo favorito per il

mesone Ds+

(resta sottointeso considerare anche i rispettivi stati coniugati di carica)

1a Evidenza sperimentale del decadimento: D+

K+ K-

+ +

-

primario

Esempio di fotoproduzione e decadimento di charm

L

Bersaglio

BeO

D+ secondario

Evento D+ K- + + + -

K -

+

+

-

+

Zout22spL L / L

Ulteriori tagli per la selezione del segnale

L’algoritmo Čerenkov fornisce 4 probabilitá di identificazione: L(e), L(), L(K), L(p) ...

Tagli Čerenkov (identificazione del tipo di particelle)

L = distanza tra vertice di produzione e vertice di decadimento

L = errore associato alla misura di L

Tagli Topologici (riduzione del fondo combinatorio)

Momento del mesone D prodotto

Distanza del vertice secondario dal bersaglio in rapporto al suo errore(si richiede decadimento in aria)

Zout > 0

Iso1 < 0.01

Dmom > 25 GeV

Mulprim > 1 Molteplicitá delle tracce uscenti dal vertice primario

22spL

Livello di confidenza con cui una traccia proveniente dal vertice secondario puó appartenere al primario

D+

L/L > 10

…imponiamo richieste piú stringenti sull’identificazione di e di K.

Contaminazioni dovute al decadimento: D*+ D0 + ...

Tagli Cinematici (rimozione delle ‘ riflessioni’ )Contaminazioni provenienti dal decadimento: D+ , Ds

+ `(958) +

+

+0

Studio delle “riflessioni” (canale 5)In questo canale sono presenti contributi dai In questo canale sono presenti contributi dai

decadimentidecadimenti D*+ D0 +

++ stato finale = 5

K++ con erronea identificazione del Kricostruito come

seguito a cascata da:seguito a cascata da:

oppure

m = mD*+ mD0 146 MeV

Infatti entrambi gli istogrammi della differenza di massa Infatti entrambi gli istogrammi della differenza di massa presentano un evidente picco in corrispondenza di: presentano un evidente picco in corrispondenza di:

m = mK4 - mK3 m = m5 - m4

Dopo un Dopo un fitfit elimino elimino gli eventigli eventi compresicompresi

entro entro 22 da questo da questo

picco.picco.

Istogrammi Finali 5 K4

Canale: +++

(set di tagli ottimale)Canale: K+++

(set di tagli ottimale)

mD+ 1.869 GeV

mD+ 1.869 GeV

mD+ 1.969 GeVs

Studio del canale 2K31a Evidenza sperimentale del decadimento: D+ K+ K- +

+ -

Yield = 35 9

Misura dei rapporti di decadimento

Risultati ottenuti:

(Ds+ K+ K + + )

= 0.76 0.09 (Ds

+ + + + )

(D+ K+ K + + )= 0.030 0.008

(D+ K + + + )

0.288 ± 0.07 (PDG)

Stime precedenti:

1.2 ± 0.7 (PDG)

Branching ratio :=(f1)

(f2)

Yield(f1)

(f1) Yield(f2)

(f2)=

(D+ + + + )= 0.251 0.016

(D+ K + + + )

L’errore è migliorato di un fattore ~ 4

1a stima

Analisi della stabilità del B.R.

Indipendenza della misura dal particolare insieme di tagli adottato

(D+ K + + + )

(D+ + + + )

L/ Dmom

Zout

isolation1

-consistency

(Ds+ K+ K + + )

(Ds+ + + + )

…ho effettuato uno studio analogo rispetto al B.R

Strumenti computazionali

La mia analisi si è basata sull’utilizzo

del software di analisi ROOTROOT, e di un algoritmo di selezione da me implementato in ex-novo in linguaggio

C++C++Questo approccio ha il duplice scopo di:• Verificare la consistenza dei risultati che sono stati ottenuti sino Verificare la consistenza dei risultati che sono stati ottenuti sino adad

ora attraverso l’oramai consolidata struttura d’analisiora attraverso l’oramai consolidata struttura d’analisi FortranFortran,,• Dare un esempio concreto d’analisi svolta secondo i nuovi Dare un esempio concreto d’analisi svolta secondo i nuovi standard standard che saranno presto impiegati dal gruppo nell’ esperimentoche saranno presto impiegati dal gruppo nell’ esperimento BTeVBTeV, in , in corso di progettazione al corso di progettazione al FermiLab FermiLab . .

Inoltre il maggior livello d’astrazione del linguaggio C++C++ ha reso possibile la realizzazione di un selettoreselettore di nuova concezione...

Algoritmo di selezioneIl meccanismo di funzionamento del mio selettore selettore è il seguente:

(file di configurazione

definito dall’utente)

(parser XML) i set di tagli

vengono passati al selettore

n-tuplePAW

n-tupleROOT

Skimmed Data

a1

b1

c1

a2

b2

c2a2

b2

c2

a2

b2

c2

b3

a3

c3

b3

a3

c3

b3

a3

c3

b3

a3c3 b3

a3

c3……...

……...

……...

……...

(per ogni combinazione di tagli viene riempito un istogramma)

tutti gli istogrammi generati vengono salvati in un file

formato ROOTROOT

…e tramite ROOTROOT gli istogrammi possono essere visualizzati e interpolati.

Taglio 1: {a1 b1 c1 …}

Taglio 2: {a2 b2 c2 …}

Taglio 3: {a3 b3 c3 …}...

Hist...000Hist...001Hist...002...Hist...010Hist...011...Hist...020...

output.root

fish.xml

utilityh2root

Il mio selettore C++ C++ offre notevoli vantaggi rispetto al

precedente selettore FortranFortran, in quanto:

• È di più semplice manutenzione.È di più semplice manutenzione.

• È più veloce.È più veloce.

• Consente lo studio dell’evoluzione imponendo diverse condizioni di Consente lo studio dell’evoluzione imponendo diverse condizioni di

taglio in taglio in una singola esecuzione del programma.una singola esecuzione del programma.

• Segue i moderni standard della programmazione ad oggetti.Segue i moderni standard della programmazione ad oggetti.

Inoltre i risultati prodotti sono compatibili con quelli ottenuti alla “vecchia maniera”: infatti, se facciamo un un confronto

tra le due analisi (ROOTROOT e PAWPAW)...

Strumenti computazionali

Confronto

Analisi PAWPAW

(D+ + + + )= 0.25 0.02

(D+ K + + + )

Segnale+++

Monte Carlo+++

Monte CarloK+++

SegnaleK+++

Ho calcolato nei 2 modi il branching ratio

Analisi

ROOTROOT

Segnale+++

Monte Carlo+++

Monte CarloK+++

SegnaleK+++

(D+ K + + + )

(D+ + + + )

(D+ + + + )= 0.25 0.02

(D+ K + + + )

• Ho ottenuto la prima evidenza sperimentale del Ho ottenuto la prima evidenza sperimentale del

decadimentodecadimento D+ K+K++

Conclusioni• Servendomi dei dati di Servendomi dei dati di FocusFocus E831E831 ho misurato i ho misurato i

rapporti di decadimento dei mesoni con rapporti di decadimento dei mesoni con charmcharm in 5 in 5

corpi carichicorpi carichi• Per compiere questa misura ho costruito un Per compiere questa misura ho costruito un

algoritmo di selezione nuovo e più efficiente del algoritmo di selezione nuovo e più efficiente del

precedenteprecedente

• I risultati sono in accordo con dati in letteratura e I risultati sono in accordo con dati in letteratura e

l’errore sulle misure è migliorato di circa un fattore l’errore sulle misure è migliorato di circa un fattore 44