18.5. 2009Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku pro koncové stavy se dvěma leptony Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze.

Prezentace na téma: "18.5. 2009Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku pro koncové stavy se dvěma leptony Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze."— Transkript prezentace:

1 18.5. 2009Seminář ATLAS1 Vlastnosti top kvarku pro koncové stavy se dvěma leptony Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze

2 18.5. 2009 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

3 18.5. 2009 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

4 18.5. 2009 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 (1992-96) - 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

5 18.5. 2009 Seminář ATLAS 5

6 18.5. 2009 Seminář ATLAS 6

7 18.5. 2009 Seminář ATLAS 7 Vlastnosti top kvarku Účinný průřez Hmota Doba života (~ 5 · 10 -25 s, pro srovnání hadronizace ~ 3 · 10 -24 s, na Tevatronu nedostatečná statistika – limit > 5,2 · 10 -26 s – CDF z měření Γ, Heisenberg ) Elektrický náboj (+2e/3, ? -4e/3) Spinové korelace Extra dimenze, FCNC, Anamalous coupling -> fyzika za Standardním modelem

8 18.5. 2009 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

9 18.5. 2009 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)

10 18.5. 2009 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 18.5. 2009 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

12 18.5. 2009 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)

13 18.5. 2009 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

14 18.5. 2009 Seminář ATLAS 14 kalibrace metody – MC generované vzorky (Alpgen+Pythia) s kompletní simulací detektoru, pro hmoty 130-210 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

15 18.5. 2009 Seminář ATLAS 15

16 18.5. 2009 Seminář ATLAS 16

17 18.5. 2009 Seminář ATLAS 17

18 18.5. 2009 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 - 182 kandidátů, pro µµ není finální selekce ještě hotová

19 18.5. 2009 Seminář ATLAS 19 Typická dilepton událost

20 18.5. 2009 Seminář ATLAS 20 Hmota top kvarku 2 po korekci a kombinaci obou kanálů: m top = 170.7 ± 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

21 18.5. 2009 Seminář ATLAS 21 Hmota top kvarku z uvedených dat, rekonstrukce rozpadu a distribuce vah je použitá k určení nejlepšího odhadu hmoty top kvarku:

22 18.5. 2009 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

23 18.5. 2009 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

24 18.5. 2009 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

25 18.5. 2009 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

26 18.5. 2009 Seminář ATLAS 26 Děkuji za pozornost

27 18.5. 2009 Seminář ATLAS 27 Backup slides

28 18.5. 2009 Seminář ATLAS 28 Doba života

29 18.5. 2009 Seminář ATLAS 29 Spinové korelace