13.10. 2008Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze D0 Fermilab.

Prezentace na téma: "13.10. 2008Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze D0 Fermilab."— Transkript prezentace:

1 13.10. 2008Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze D0 Fermilab

2 13.10. 2008 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

3 13.10. 2008 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

4 13.10. 2008 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

5 13.10. 2008 Seminář ATLAS 5

6 13.10. 2008 Seminář ATLAS 6

7 13.10. 2008 Seminář ATLAS 7 Hmota top kvarku top páry jsou produkovány především anihilací kvark- antikvark: rychlý rozpad (~ 10 -24 s):

8 13.10. 2008 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

9 13.10. 2008 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

10 13.10. 2008 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:

11 13.10. 2008 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

12 13.10. 2008 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)

13 13.10. 2008 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 100000 eventy

14 13.10. 2008 Seminář ATLAS 14 kalibrace metody – MC generované vzorky se simulací detektoru, pro hmoty top kvarku 145-205 GeV s krokem 10 GeV, vždy s 10000 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

15 13.10. 2008 Seminář ATLAS 15

16 13.10. 2008 Seminář ATLAS 16

17 13.10. 2008 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 -1 29 nalezených kandidátů na dilepton eventy – 18 eµ, 8 ee a 3 µµ

18 13.10. 2008 Seminář ATLAS 18 Typická dilepton událost

19 13.10. 2008 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

20 13.10. 2008 Seminář ATLAS 20 Hmota top kvarku z uvedených dat a 29 kandidátských událostí, po korekci:

21 13.10. 2008 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:

22 13.10. 2008 Seminář ATLAS 22 Výsledky MEM

23 13.10. 2008 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

24 13.10. 2008 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

25 13.10. 2008 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

26 13.10. 2008 Seminář ATLAS 26 Děkuji za pozornost