Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze D0 Fermilab

Seminář ATLAS 2 Outlook Úvod – top kvark, detektor D0 Metoda kinematické rekonstrukce topologie vzniku páru top-antitop:a) pomocí kinematických rovnic b) pomocí známých maticových elementů Určení hmoty top kvarku Rozbor systematických chyb ovlivněných detektorem D0 Další vlastnosti top quarku

Seminář ATLAS 3 Úvod – top kvark Top kvark objeven 1995 ve Fermi National Accelerator Laboratory na urychlovači Tevatron (příslušné detektory CDF a D0) po 20 letech hledání – uzavřena řada 6 kvarků předpovězených Standardním modelem (SM) základní parametr SM – žádoucí přesné určení jeho vlastností, především hmoty hmota topu může hrát zvláštní roli při porušení elektroslabé symetrie, ve vymezení hmoty dosud neobjeveného Higgsova bosonu nebo při přechodu k fyzice za SM

Seminář ATLAS 4 Detektor D0 na urychlovači Tevatron, kde se urychlují svazky protonů a antiprotonů, každý na 980 GeV (max. energie při čelní srážce je 1,96 TeV) zde byl top kvark objeven, do spuštění LHC jediné místo, kde lze t-kvark produkovat D0 – typický detektor ve fyzice vysokých energií

Seminář ATLAS 5

Seminář ATLAS 6

Seminář ATLAS 7 Hmota top kvarku top páry jsou produkovány především anihilací kvark- antikvark: rychlý rozpad (~ s):

Seminář ATLAS 8 Rozpad top párů tři rozpadové kanály: lepton + jets, dilepton, all-jets dilepton kanál je zastoupen nejméně (6 %), ale má výhodu, že je nejméně zatížen pozadím

Seminář ATLAS 9 Aktuální světový průměr hmoty t-kvarku podle skupiny TEVEWWG (07/2008), s daty z D0 a CDF až 2,8 fb -1 : M t = (172,4 ± 1,2) GeV/c 2

Seminář ATLAS 10 Kinematická rekonstrukce top párů dilepton kanál – 2 leptony, 2 jety (od b-kvarků) a 2 neutrina v konečném stavu leptony (kombinace e+e, e+µ, µ+µ) a jety (otázka rozlišení b a anti-b) – dobře změřené detektorem neutrina nelze detekovat – jejich hybnosti neznámé kinematické rovnice pro dileptonický ropzad:

Seminář ATLAS 11 neznámé: p x – p y – p z pro antineutrino a p x – p y – p z pro neutrino lze převést na 2 lineární a 2 nelineární rovnice o 4 neznámých (první dvě rovnice jednoznačně určují p x a p y neutrina) umocněním lineárních rovnic a substitucí vzniká – 2- dimenzionální problém (dvě kvadratické rovnice pro p x a p y antineutrina) koeficienty jsou komplikované (vypočteny matlabem) odečtením a dosazením za p y -> kvartická rovnice

Seminář ATLAS 12 Template metoda založená na rekonstrukčním programu, který ze známých vstupních parametrů (hmoty a hybnosti finálních částic) rekonstruuje rozpad – řešením výše uvedených kinematických rovnic rozpadu odhad hmoty topu slouží jako vstupní parametr – po vyřešení je zpětně zrekonstruován a odhadnut podle váhy řešení Vstupní parametry do programu: hmota topu (předpoklad), hmota W, p x – p y – p z a E od jetu1(b-kvark), p x – p y – p z a E od jetu2 (anti-b), p x – p y – p z leptonu, p x – p y – p z antileptonu, p x – p y missing pT (nedetekovaná hybnost neutrin)

Seminář ATLAS 13 Hmota topu z kinematické rekonstrukce rekonstrukce hmoty topu: vyřešit rovnice pro různé fixované hmoty top kvarku a pozorovat závislost nalezeného počtu řešení a pravděpodobnosti pro nejlepší řešení na této fixní hmotě test metody na partonové úrovni – vzorek MC (Pythia) se eventy

Seminář ATLAS 14 kalibrace metody – MC generované vzorky se simulací detektoru, pro hmoty top kvarku GeV s krokem 10 GeV, vždy s eventy pravděpodobnost každého řešení je aproximování váhou distribuce vah ze všech eventů je použita k získání nejlepšího odhadu rekonstruované hmoty top kvarku kalibrační přímka: ideální hodnoty parametrů p 1 =1 a p 0 =175. simulace pozadí – Drell-Yan produkce Z/γ*→ l + l - asociovaná s jety, diboson produkce (ZZ, WW, WZ) asociovaná s jety

Seminář ATLAS 15

Seminář ATLAS 16

Seminář ATLAS 17 Rekonstrukce dat obrovské vzorky dat událostí zaznamenaných detektorem nutnost použití různých selekcí a kinematických cutů pro zmenšení vzorku a následnou finální selekci první práce s daty - použil jsem starší a prověřený vzorek – data nasbíraná detektorem D0 v období od října 2002 do října 2004 (Run IIa) – což odpovídá luminositě přibližně 370 pb nalezených kandidátů na dilepton eventy – 18 eµ, 8 ee a 3 µµ

Seminář ATLAS 18 Typická dilepton událost

Seminář ATLAS 19 Systematické chyby Zdroj chybyVelikost [GeV] JES – Jet energy scale (energie v kalorimetru)+3,6 –4,5 Energetické rozlišení jetů±0,5 Energetické rozlišení mionů±0,4 Extra jety v produkčním diagramu (modelování ISR, FSR) ±1,2 Chyba v PDF (Partonová distribuční funkce)±0,7 Malá statistika distribuce pozadí±0,7 CELKEM+4,0 –4,8

Seminář ATLAS 20 Hmota top kvarku z uvedených dat a 29 kandidátských událostí, po korekci:

Seminář ATLAS 21 Matrix Element Method pro srovnání - Metoda maticových elementů současné výsledky na D0 pro data přibližně o 1 fb -1, v eµ kanále dokonce 2,8 fb -1 kombinovaný výsledek pro 1 fb -1 : výsledek pro 2,8 fb -1 v eµ:

Seminář ATLAS 22 Výsledky MEM

Seminář ATLAS 23 Další vlastnosti top kvarku důležitá charakteristika je účinný průřez produkce párů top kvarků (v dilepton kanále – z těchto analýz jsem využil kinematické cuty, odhad pozadí) uvedená rekonstrukční metoda může být použita při studiu spinových korelací top kvark párů

Seminář ATLAS 24 Shrnutí a výhledy do budoucna výsledek je ve srovnání s aktuálním světovým průměrem nebo jinými metodami (MEM) poměrně nepřesný a odhadnutá hmota trochu menší. Srovnání s analýzami na podobných datech v dilepton kanále je ovšem příznivé (odpovídající chyba a dokonce větší hmota) dalším cílem – aplikovat metodu na novější data (až 4 fb -1, odhadem až 100 událostí v dilepton kanále), lepší odhad chyb (z novějšího MC) analýzu je možné (s úpravami) použít na hledání Higgsova bosonu vyhlídky do budoucna – spuštění LHC – mnohem lepší zdroj dat pro zkoumání vlastností top kvarku

Seminář ATLAS 25 Výhled – top kvark cílem je snížit chybu určení hmoty top kvarku pod 1 GeV otázka jakou hmotu vlastně měříme – existují renormalizační schémata, „running“ hmoty, ukazuje se, že nejblíže je základní definice hmoty – tzv. „pole mass“ započítání color reconnection? – očekává se, že ovlivňuje produkci částic při rozpadu W, interakce barevných objektů při hadronizaci

Seminář ATLAS 26 Děkuji za pozornost