TESI DI LAUREATESI DI LAUREA

STUDIO DI UN NUOVO ALGORITMO DITRIGGER SUI VERTICI SECONDARI

PER L’ESPERIMENTO BTeV AL FERMILAB

STUDIO DI UN NUOVO ALGORITMO DITRIGGER SUI VERTICI SECONDARI

PER L’ESPERIMENTO BTeV AL FERMILAB

Lorenzo UpleggerLorenzo Uplegger

INTRODUZIONEINTRODUZIONE

• CARATTERISTICA DELLA RICOSTRUZIONE La ricostruzione delle tracce avviene nel piano XY trasverso rispetto alla direzione Z dei 2 fasci che collidono.

• VANTAGGIO In fase di ricostruzione si può imporre che tutte le tracce provengano da una piccola regione intorno all’origine delle coordinate limitando il combinatorio nella ricerca dei segnali associati alla traccia.

• OGGETTO DELLA TESI Studio e simulazione di un nuovo algoritmo di ricostruzione delle tracce per il trigger di primo livello di BTeV basato sull’identificazione di vertici secondari di beauty o di charm.

SCOPI DELL’ESPERIMENTOSCOPI DELL’ESPERIMENTO

• Misura della violazione di CP nel settore del b e del c

• Misura del fenomeno di mixing del mesone B0s

• Studio dei barioni con beauty

• Ricerca di nuovi fenomeni non previsti dal Modello Standard

• In definitiva la misura degli elementi della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa

• Il programma di BTeV riguarda una delle problematiche fondamentali della fisica delle particelle elementari cioè la violazione di CP. Alcuni degli aspetti più importanti di questo tipo di fisica sono:

Rivelatore di vertice a pixel Dipolo magnetico Bobine del dipolo Tubo a vuoto del fascio

Tubi proporzionali (Straw) Rivelatori Čherenkov (RICH) Calorimetri elettromagnetici Rivelatori di muoni

p pz

•Dimensione dei pixel 50 m x 400 m •Dimensione piano 10 cm x 10 cm •Separazione tra le stazioni 4.5 cm•Numero totale piani 62•Numero totale stazioni 31

•Dimensione dei pixel 50 m x 400 m •Dimensione piano 10 cm x 10 cm •Separazione tra le stazioni 4.5 cm•Numero totale piani 62•Numero totale stazioni 31

y

z

x

Asse del fascio

50 m

400 m

Piano-X

Piano-Y

50 m

400 m

NECESSITA’ DI UN TRIGGERNECESSITA’ DI UN TRIGGER

• L’elevata frequenza con la quale avvengono le collisioni (un’interazione ogni 132 ns) non consente di immagazzinare tutti gli eventi

E’ quindi necessario utilizzare un sistema di trigger che selezioni subito (al 10 livello di trigger) con grande efficienza gli eventi con quark b

• Gli eventi sono una piccola frazione (circa 1/1000) della sezione d’urto pp

bb

CARATTERISTICHE DEL TRIGGERCARATTERISTICHE DEL TRIGGER

Il trigger deve:

• decidere in tempi rapidi

sono necessarie semplificazioni e approssimazioni nella ricostruzione on-line di tracce e vertici.

• Selezionare con alta efficienza gli eventi rari contenenti il quark b.

• Rigettare gli eventi contenenti quark leggeri che costituiscono il fondo.

TRIGGER DI BTeVTRIGGER DI BTeV

C’è una caratteristica che accomuna tutti gli eventi con beauty:

• LA PRESENZA DI VERTICI SECONDARI DI DECADIMENTO

un trigger basato sull’identificazione di vertici secondari seleziona gli eventi con b indipendentemente dal particolare stato finale.

Per identificare eventi con vertici secondari il trigger ricostruisce il vertice primario di interazione e poi verifica se esistono tracce con parametro di impatto significativo rispetto al vertice primario.

1a FASE: RICOSTRUZIONE DELLE TRACCE1a FASE: RICOSTRUZIONE DELLE TRACCE

2a FASE: RICOSTRUZIONE DEI VERTICI2a FASE: RICOSTRUZIONE DEI VERTICI

Vertice primario

Verticesecondario

Vertice primario

TRAIETTORIE NEL PIANO XYTRAIETTORIE NEL PIANO XY

• Formula approssimata

20200 2

1xx

P

qBPxx

P

Pyy

x

z

x

y

• Formula nel piano XY

00 cos1

1xx

P

qBP

qByy

xz

0sin xx

P

qBP

xy

RIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTIRIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTI

Piano-Y

Piano-Y

Piano-X

Piano-X

Piano-XPiano-Y

ASSOCIAZIONE PUNTI DI UNA STESSA STAZIONEASSOCIAZIONE PUNTI DI UNA STESSA STAZIONE

• Si seleziona l’hit più vicino.

• Si seleziona un punto sul primo piano.

• Si calcola la distanza del punto da tutti gli hit sul secondo piano.

Stazione N

Piano-Y Piano-X

EFFICIENZA DI ASSOCIAZIONEEFFICIENZA DI ASSOCIAZIONE

ASSOCIAZIONE DEI PRIMI DUE PUNTIASSOCIAZIONE DEI PRIMI DUE PUNTI

ASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTOASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTO

ASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTOASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTO

ASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTOASSOCIAZIONE DEL TERZO PUNTO

ASSOCIAZIONE DEL QUARTO PUNTOASSOCIAZIONE DEL QUARTO PUNTO

ASSOCIAZIONE DEL QUARTO PUNTOASSOCIAZIONE DEL QUARTO PUNTO

CRITERI DI SELEZIONE DELLA TRACCIACRITERI DI SELEZIONE DELLA TRACCIA

PROLUNGAMENTO DELLA TRACCIAPROLUNGAMENTO DELLA TRACCIA

•Distanze dalla parabola calcolate con il primo e gli ultimi 2 punti

•Distanze dalla parabola calcolate con gli ultimi 3 punti

PROLUNGAMENTO DELLA TRACCIAPROLUNGAMENTO DELLA TRACCIA

EFFICIENZA DI RICOSTRUZIONE TOTALEEFFICIENZA DI RICOSTRUZIONE TOTALE

EFFICIENZA DI RICOSTRUZIONE PARZIALEEFFICIENZA DI RICOSTRUZIONE PARZIALE

EFFICIENZA SINGOLI PUNTIEFFICIENZA SINGOLI PUNTI

CONCLUSIONICONCLUSIONI

• È suscettibile di alcune semplificazioni che ne possono aumentare la velocità di esecuzione.

• Ho infatti intenzione di studiare la possibilità di utilizzare una semplice approssimazione lineare invece di quella parabolica.

• Questo studio ha dimostrato la fattibilità di un algoritmo che si basi esclusivamente su una ricostruzione delle tracce nella vista XY.

• Le prestazioni sono del tutto equivalenti a quelle dell’algoritmo attualmente in uso in BTeV, sviluppato sulle viste YZ e XZ.

• Il vantaggio dell’algoritmo da me sviluppato consiste in una notevole riduzione del livello di combinatorio in fase di ricostruzione.

CONCLUSIONICONCLUSIONI

• In conclusione il livello di prestazioni di fisica ottenibili da questo tipo di trigger risulta di notevole impatto. Infatti:

Processo Eff.(%)

Fondo 1Bs D+

s 74B0 D*+- 64B0 J/ss J/ D0 70 Ks 2-corpi 63()

INEFFICIENZA DI ASSOCIAZIONEINEFFICIENZA DI ASSOCIAZIONE

• Punti non associati

• Punti associati in modo errato

RIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTIRIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTI

RIVELATORE DI VERTICERIVELATORE DI VERTICE

Il Trigger e’basato sul rivelatore di vertice dellésperimento

• 62 piani di pixel di silicio disposti in coppie• dimensione di un piano 10 cm x 10 cm• ogni piano contiene 500.000 pixel• dimensione di un pixel 50 m x 400 m• un piano misura con precisione la coordinata x, l’altro la • coordinata y.

RIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTIRIDUZIONE A PUNTI EQUIVALENTI

Piano YZ

Piano XZ

Piano YZ

Piano XZ