Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku pro koncové stavy se dvěma leptony Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze

Seminář ATLAS 2 Outlook Úvod – top kvark, detektor D0 Vlastnosti top kvarku Metoda kinematické rekonstrukce topologie vzniku páru top-antitop Určení hmoty top kvarku Rozbor chyb Výhled – ATLAS, vylepšení metody

Seminář ATLAS 3 Úvod – Proč top kvark? Top kvark objeven 1995 ve Fermi National Accelerator Laboratory na urychlovači Tevatron (příslušnými detektory CDF a D0) po dlouhém hledání – téměř dvacet let po b-kvarku - uzavřena šestice kvarků předpovězených SM problémy – velká hmota, nevyskytuje se ve vázaných stavech (toponium) kvůli krátké době života hmota topu je volný parametr v rámci SM top 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 – urychlují se svazky protonů a antiprotonů, každý na 980 GeV (max. energie při čelní srážce je 1,96 TeV) Run I ( ) - objev top kvarku, Run II (2002- ) – mnoho dalších úspěchů a objevů – např. pozorování single top kvarku spuštění LHC a příslušejících detektorů – továrna na top kvarky a podstatný zdroj dat pro top kvark fyziku D0 – typický detektor ve fyzice vysokých energií

Seminář ATLAS 5

Seminář ATLAS 6

Seminář ATLAS 7 Vlastnosti top kvarku Účinný průřez Hmota Doba života (~ 5 · s, pro srovnání hadronizace ~ 3 · s, na Tevatronu nedostatečná statistika – limit > 5,2 · s – CDF z měření Γ, Heisenberg ) Elektrický náboj (+2e/3, ? -4e/3) Spinové korelace Extra dimenze, FCNC, Anamalous coupling -> fyzika za Standardním modelem

Seminář ATLAS 8 Topologie vzniku a rozpadu top párů top páry jsou produkovány skrze anihilaci kvark- antikvark 85% a gluonovou fúzí 15% (Tevatron) tři rozpadové kanály: lepton + jets, dilepton, all-jets

Seminář ATLAS 9 Dileptonový kanál dilepton kanál je zastoupen nejméně (6 %), ale má výhodu, že je nejméně zatížen pozadím + dobrá selekce pozadí – Z -> ll + jets, WW, WZ, ZZ, “fake” – špatně identifikovaný jet jako lepton (QCD multijet)

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 po několika lze získat 2-dimenzionální problém (dvě kvadratické rovnice pro p x a p y antineutrina) kde koeficienty jsou komplikované (vypočteny matlabem) odečtením a dosazením za p y -> kvartická rovnice, která je řešitelná analyticky Kinematická rekonstrukce top párů 2

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, čtyřvektor 1. jetu(b- kvark), čtyřvektor 2. jetu (anti-b), čtyřvektor leptonu, čtyřvektor 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 na váze nejlepší řešení na této fixní hmotě – cyklus pro řadu vstupních hmot test metody na partonové úrovni – vzorek MC (Pythia) generovaný pro hmotu 175 GeV bez simulace detektoru

Seminář ATLAS 14 kalibrace metody – MC generované vzorky (Alpgen+Pythia) s kompletní simulací detektoru, pro hmoty GeV, zvlášť pro každý kanál 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

Seminář ATLAS 18 Rekonstrukce dat data zaznamenaná detektorem D0, složitý proces detekce high-energy událostí, rekonstrukce objektů skimmy, selekce a kinematické cuty pro zúžení velkého množství dat na zájmové události vzorku -> finální selekce (2 opačně nabité leptony pT>15 GeV, alespoň 2 jety s pT>20 GeV apod.) použitá data Run IIb detektoru D0 (období červen 2006 – prosinec 2008) – luminosita přibližně 3077 pb -1 kanál ee – 36 kandidátských událostí, eµ kandidátů, pro µµ není finální selekce ještě hotová

Seminář ATLAS 19 Typická dilepton událost

Seminář ATLAS 20 Hmota top kvarku 2 po korekci a kombinaci obou kanálů: m top = ± 17.7 GeV statistická chyba – příliš velká, jedná se o první odhad pomocí fitu v ROOTu dalším krok v analýze – rozbor statistických chyb – co je způsobené template distribucí, rekonstrukcí, statistikou dat + použití jiných fitovacích metod – negativní likelihood

Seminář ATLAS 21 Hmota top kvarku z uvedených dat, rekonstrukce rozpadu a distribuce vah je použitá k určení nejlepšího odhadu hmoty top kvarku:

Seminář ATLAS 22 Systematické chyby Zdroj chybyVelikost [GeV] JES – Jet energy scale (chyba určení energie v kalorimetru)+1,5 –1,6 Odezva na b/lehké kvarky±1,6 Energetické rozlišení jetů+0,2 –0,3 Korekce JES v MC vzhledem k datům±0,1 Modelování b-kvarků±0,3 Rozlišení muonů±0,3 Chyba v simulaci PDF+0,1 –0,2 Systematická chyba MC±0,4 Chyba na poměr signálu a pozadí±0,3 Chyba modelování QCD pozadí±0,6 Nepřesnost v měření hybnosti leptonů±0,1 (e) ±0,2 (µ) Hadronizace a underlying eventy±1,0 ISR/FSR±0,6 Color reconnection±0,6 CELKEM±2,6

Seminář ATLAS 23 Shrnutí – hmota top kvarku definice hmoty, kterou měříme – „pole mass“, je to hmota, kterou má kvark zbavený „confinement“. Definuje ji pozice pólu v propagátoru pozorovatelné částice. hmota top kvarku určená z celkem 218 kandidátských událostí v ee a eµ : v dobré shodě s aktuálním světovým průměrem pro hmotu top kvarku (173,1 ± 1,3) další rozbor a lepší odhad statistické chyby stále nová data z Tevatronu příslib velké statistiky dat po spuštění LHC – uplatnění analýzy v experimentu ATLAS

Seminář ATLAS 24 Aktuální světový průměr hmoty t-kvarku podle skupiny TEVEWWG (03/2009), s daty z D0 a CDF až 3,6 fb -1 : M t = (173,1 ± 1,3) GeV/c 2

Seminář ATLAS 25 Výhled – top kvark hmota top kvarku – dosáhnout celkové chyby pod 1 GeV, už nyní je chyba dominována systematickou složkou pro moji analýzu – rozbor statistických chyb – lepší odhad, aplikace na nová data z Tevatronu i z ATLASu možnost použití rekonstrukčního programu při hledaní spinových korelací párů top kvarků – dilepton kanál nevhodnější, pro Tevatron poslední studie na Runu I, nedostatečná statistika – příslib spuštění LHC

Seminář ATLAS 26 Děkuji za pozornost

Seminář ATLAS 27 Backup slides

Seminář ATLAS 28 Doba života

Seminář ATLAS 29 Spinové korelace