VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN, Z-SPORET

Transkript

1 VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN, Z-SPORET Du skal nå analysere opptil 50 partikkel kollisjoner (events) ved å bruke visualiseringsprogrammet HYPATIA. Fra disse kollisjonene skal du forsøke å finne fotsporene etter tunge nøytrale partikler, som f.eks. Z eller Higgs-bosonet. Det er endel tekniske steg du må gjennom før du kan starte, de er listet opp i punktene 1-5 nedenfor. I punkt 6-10 står det hva du skal gjøre når du er ferdig med å analysere kollisjons-eventene dine, og er klar til å levere resultatene! Resten av dokumentet består av tips til hvordan du kan jobbe og en huskeliste på hvordan de forskjellige partiklene oppfører seg i detektoren. Det finnes enda mer nyttig informasjon på web-versjonen se punkt B under. Aller først: A. Logg inn på maskinen med brukernavn (guest ) og passord du har påklistret på kladdearket du har fått B. For en elektronisk og mer fullstendig versjon av dette arket gå til: C. Gå til: Dette er selve instruksjonssiden for målingene du skal gjennomføre.

2 KOM IGANG PÅ WEB MED HYPATIA OG OPloT 1. Du skal bruke instruksjonene du finner under sub-menyene til Sett igang! på Z-sporets webside, disse er Sett igang Data utvalg og verktøy Sett igang Gjør det! 2. Gå til Sett igang Data utvalg og verktøy! 3. Last ned HYPATIA (punkt 1. på web-siden) slik: Lag en ny folder på skrivebordet som heter HYPATIA Plasser HYPATIA-zip filen i den nye HYPATIA folderen på skrivebordet ditt, og naviger deg inn dit Unzip HYPATIA-zip filen (høyre-klikk) 4. Finn og last ned ditt datasett (hvis du ikke allerede har gjort det) slik: Følg instruksjonene du finner på Z-path siden, Data utvalg og verktøy. Hvilket datasett? Står på arket du har fått utdelt (f.eks. Dataset 1A) Finn Oslo i tabellen på datasett-siden, klikke på 1 dersom datasettet ditt er i gruppe 1 (eller 2 om det står Dataset 2 osv.) brukernavn: ippog passord: mc13 Finn riktig gruppe i dette eksempelet groupa.zip Høyreklikk på filen din for å lagre den på skrivebordet ditt slik at du finner tilbake til den! Unzipp datasettet (høyre-klikk) 5. Start HYPATIA og last inn datasettet ditt slik: Naviger deg inn i HYPATIA-folderen Start HYPATIA På Windows eller Mac: Dobbel-klikk på filen Hypatia_7.4_Masterclass.jar Last opp datasett-filene i HYPATIA I Invariant Mass Window gå til File Read Events Locally Naviger til folderen med datasettet du har lastet ned - velg den første filen (event001.xml) 6. Nå er du klar til å starte analysen av kollisjons-event! (Dersom du trenger veiledning til hvordan HYPATIA fungerer: se punkt 7) Følg instruksjonene på siden Sett igang Gjør det! For å levere resultatet og mer hjelp: les punkt 8-10!

3 7. Dersom du trenger tips på hvordan du bruker HYPATIA og hvordan du skal identifisere events, gå til Z-Path sidene: Hvordan bruke HYPATIA: Partikkel identifikasjon Visualisering i HYPATIA Hvordan identifisere partikler: Partikkel identifikasjon Partikkel identifikasjon i praksisk Hvordan identifisere events: Event identifikasjon Event visualisering 8. Etter at du har analysert dine events, eksporter din Invariant Masse-tabell I Invariant Mass Window gå til File Export Invariant Masses Behold default-området eller plasser den på skrivebordet. Husk hvor du lagret den! 9. Last opp denne filen (Invariant_Masses.txt) til OPloT brukernavn: ippog passord: mc13 Velg: Student Year (2014) Month (March) Date (14) Institute (Oslo) Velg gruppen (datasettet) du har analysert Last opp filen Invariant_Masses.txt 10. Gratulerer du har levert resultatet ditt!

4 PARTIKKELIDENTIFIKASJON Elektroner og fotoner: Avgir energi i det elektromagnetiske kalorimeteret Stopper i det elektromagnetiske kalorimeteret Elektroner: Legger igjen spor i spordetektoren Fotoner: Legger ikke igjen spor i spordetektoren Protoner og nøytroner: Avgir energi i det hadroniske kalorimeteret (og muligens litt i det elektromagnetiske kalorimetert) Stopper i det hadroniske kalorimeteret Protoner: Legger igjen spor i spordetektoren Nøytroner: Legger ikke igjen spor i spordetektoren Myoner: Legger igjen spor i spordetektoren Når helt ut til muondetektoren Avgir bare litt energi i det elektromagnetiske og hadroniske kalorimeteret Nøytrinoer: Forsvinner gjennom hele detektoren uten å legge igjen noen spor eller energi Kan bare idenfisieres ved manglende energi (ETMis) i energibalansen i kollisjonen HYPATIA indikerer manglende energi (muligens et nøytrino) med en rød stiplet linje Jetter (ikke vist her): Partikkelskurer, for eksemple en skur av nøytroner, protoner og andre hadroner Legger igjen spor i sporingsdetektoren Avgir energi i det hadroniske kalorimeteret (og muligens litt i det elektromagnetiske) Stopper i det hadroniske kalorimeteret

5 HVORDAN LEGGE INN ELEKTRONER, MYONER ELLER FOTONER I HYPATIAS INVARIANT MASSE-TABELL (se bilde nedenfor for en illustrasjon av hvert punkt) 1. Velg Pick (hånden) 2. For elektroner eller myoner klikk på Tracks -fanen For å velge elektron eller myon enten: a.klikk direkte på sporet i Canvas Window b.eller velg fra tabellen under Tracks -fanen i Track Momenta Window 3. For fotoner klikk på Physics Objects -fanen For å velge fotonet a. klikk på den gule søylen som da viser seg i Canvas Window (dersom det finnes noen objekter i eventet) b. eller velg fra tabellen under Physics Objects -fanen i Track Momenta Window 4. Velg Electron, Muon eller Photon avhengig av hva du tror du ser 5. Den Invariant Masse-tabellen er vinduet langs toppen (og litt skjult) merket med grønt - ekspander det slik at du har det fremme! 2 1..

6 TYPISK elektron-positron (e - e + ) event Energiavsetting i det elektromagnetiske kalorimeteret (markert med røde sirkler i bildet under) Stopper i det elektromagnetiske kalorimeteret En partikkel skal være positiv (e +, positron), den andre negativ (e -,elektron) NB! Husk også å sjekke side-visningen i HYPATIA (nederst i Canvas Window ) ikke bare front-visningen som er vist her!

7 TYPISK myon-antimyon (μ - μ + ) event Spor hele veien gjennom detektoren og ut til myon-detektoren En partikkel skal være positiv (μ +, antimyon), den andre negativt (μ -, myon) NB! Husk også å sjekke side-visningen i HYPATIA (nederst i Canvas Window ) ikke bare front-visningen som er vist her!

8 EKSEMPEL på ikke-konvertert di-foton (γγ) event Energiavsetting i det elektromagnetiske kalorimeteret (vises som gule flekker) Objekter i Physics Objects Tab og markert med gule søyler (røde piler i figuren til høyre) Ingen spor i spordetektoren NB! Husk også å sjekke side-visningen i HYPATIA (nederst i Canvas Window ) ikke bare front-visningen som er vist her!

9 EKSEMPEL på di-foton (γγ) event med ett konvertert foton Energiavsetting i elektromagnetisk kalorimeter (vises som gule flekker) Objekter i Physics Objects Tab markert med gule søyler (se røde piler i figuren ti høyre) Spor i spordetektoren NB! Husk også å sjekke side-visningen i HYPATIA (nederst i Canvas Window ) ikke bare front-visningen som er vist her!

10 Noen anbefalinger til å utføre detektivarbeidet i HYPATIA Tips om å bruke HYPATIA finner du på Z-sporet: Partikkel identifikasjon Visualisering med HYPATIA Oppsummering (mer detaljer finnes lenger ned): 1. Sett et minimum pt kutt på sporene, typisk pt > 5-10 GeV (HYPATIA: Control Window Parameter Control Cuts ) 2. Analyser de gjenværende sporene og objektene og klassifiser de som enten myoner, elektroner eller fotoner. 3. Zoom inn i begge visningene (front og side) for å skille mellom doble eller enkle spor 4. Sjekk om den invariante massen til doble spor kan stamme fra et konvertert foton (dvs. den invariante massen er nær 0) a. Hvis det er tilfelle: krev minst 2 pixel hits (HYPATIA: Control Window Parameter Control Cuts ) og/eller 7 SCT hits for å være sikker på at det enkle eller doble sporet kommer fra hovedkollisjons-punktet 5. Zoom inn på side-visningen og forsikr deg om at begge sporene kommer fra det samme punktet. Hvis ikke kan ikke sporene komme fra samme tunge partikkel. Flere detaljer for punktene over: 1. Sett et p T kutt på spor (HYPATIA: Control Window Parameter Control Cuts InDet ): bruk typisk pt > 5 eller 10 GeV o OBS! Med et kutt på 10 GeV kan du gå glipp av noen 4-lepton event. Vær forsiktig! o Husk å fjerne kuttet før du starter på neste event 2. Klasifisere som myoner, elektroner eller fotoner: o er det spor i spordetektoren og i myondetektoren: Legg til partiklene som myoner i Invariant Mass-tabellen dersom det er et partikkel-antipartikkel par (dvs. at den ene partikkelen er positivt ladet, den andre negativ) Dersom det ikke er flere leptoner (elektroner eller myoner) i eventet, fortsett til neste event. Dersom det er flere leptoner i eventet kan dette være et 4-lepton event, og alle fire leptonene skal inn i Invariant Masse-tabellen. Kriterier: det andre leptonparet må enten være di-myon eller di-elektron, og må være et partikkel-antipartikkel par (ladning og + ). o For å finne elektroner eller fotoner, start enten fra Tracks eller Physics Objects (HYPATIA track momenta window) Start fra Tracks Dersom det er spor i sporingsdetektore, men ingen spor i Myondetektoren, sjekk om det er i hvertfall 2 store energi-avsettinger i det elektromagnetiske kalorimeteret (E-Cal) Dersom partiklene er et partikkel-antipartikkel par, og sporene tydelig peker mot energiavsettingene i E-Cal, så har du funnet elektroner. o Legg til partiklene som elektroner i Invariant Masse-tabellen Start fra Physics Objects Dersom minst 2 objekter (gule søyler) peker mot energiavsettinger i E-Cal, er dette sannsynligvis elektroner eller fotoner Sjekk om det er spor i sporingsdetektoren zoom inn for å skille mellom

11 enkle eller doble (veldig tett) spor o Et spor kan se ut som om det peker til energi-avsetting i side-visning, men ikke i front-visning (eller vice versa), så sjekk begge visninger før du klassifiserer det som enten elektron eller foton o Dersom 2 (enkle) spor, ett positivt ladd og ett negativt ladd, og de peker til energiavsettinger i E-Cal : Legg til partiklene som elektroner i Invariant Masse-tabellen fra Tracks -fanen. o Dersom ingen spor peker til de to energiavsettingene i E-Cal Legg de til som fotoner i Invariant Masse-tabellen fra Physics Objects -fanen 4. Konverterte fotoner gir to tette spor med motsatt ladning og veldig liten invariant masse (nesten 0) o 2 veldig tette spor som peker til en energiavsetting i det elektromagnetiske kalorimeteret kan komme fra et konvertert foton ( γ e + e - ). For å sjekke dette, legg til begge sporene i Invariant Masse-tabellen og sjekk hva massen (M(ee)) blir. Som oftest er M(ee) veldig nær 0, og da kan du gå tilbake til Physics Object og legge de inn som fotoner i Invariant Masse-tabellen. OBS! Fjern de to sporene du la inn som elektroner! I noen tilfeller forsvinner sporene dersom du krever 2 pixel hits se nedenfor. Ekstra tips om du fortsatt står fast: o o o o Kutt på Number of Pixel Hits >=2 kan hjelpe til å fjerne enkle eller doble spor fra konverterte fotoner Kutt på Number of SCT hits >=7 kan hjelpe for bare å vise lange fine spor. Ved å zoome inne i side-visning kan du se om sporene du har valgt kommer fra samme punkt. Gjør de ikke det kan de heller ikke komme fra den samme tunge partikkelen (for eksempel Z eller Higgs). Let videre! Spør en veileder!