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-bosonet eller Higgs bosonet. Det er endel tekniske steg du må gjennom før du kan starte, de er listet opp i punktene 1-5 nedenfor. Videre til punkt 10 står det hva du skal gjøre når du er ferdig med kollisjons-eventene dine, og er klar til å levere resultatene! Resten av dokumentet består av tips til hvordan 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 målingen du skal gjennomføre.

2 KOM IGANG PÅ WEB MED HYPATIA OG OPloT 1. Du skal bruke instruksjonene du finner under submenyene 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. Laste ned HYPATIA velg JAVA 6 VERSION (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 Unzippe HYPATIA-zip filen (høyre-klikke og Ekstraher) 4. Finn og laste ned ditt datasett (hvis du ikke allerede har gjort det) (Fortsatt punkt 1 på Z-sporet - Klikk på bildet) 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 1 A) 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 Høyreklikke på filen din for å lagre den på Skrivebordet ditt slik at du finner tilbake til den! Unzippe datasettet (høyre-klikke og Ekstraher) 5. Starte HYPATIA og laste inn datasettet ditt slik: Naviger deg inn i HYPATIA-folderen For å starte HYPATIA På Windows eller Mac: o Dobbel-klikk filen Hypatia_7.3_Masterclass.jar Laste opp datasett filene i HYPATIA File Read Events Locally Naviger inn til folderen med datasettet du har lastet ned - velg første filen (event001.xml) 6. Nå er du klar for å starte analysen av kollisjons-events! (Dersom du trenger veiledning til hvordan HYPATIA fungerer se neste punkt) Følg instruksjonene på siden Sett igang Gjør det! For å levere resultatet og mer hjelp: Les videre!!

3 7. Dersom du trenger tips på hvordan å bruke HYPATIA, og hvordan 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 Mass Tabell File Export Invariant Masses Behold default-området, eller plasser den på Skrivebordet. Husk hvor du la den! 9. Laste opp denne filen (Invariant_Masses.txt) til OPloT brukernavn: ippog passord: mc13 Velg: Student Year(2013) Month(March) Date(15) Institute (Oslo) Velg gruppen (datasettet) du har analysert Laste opp filen Invariant_Masses.txt. 10. Gratulerer du har levert resultatet ditt!

4 Elektroner og fotoner: Avgir energi i E-Cal Stopper i E-Cal Elekroner: Legger igjen spor i Tracker Fotoner: Legger ikke igjen spor i Tracker Protoner og nøytroner: Avgir energi i H-Cal (og muligens litt i E- Cal) Stopper i H-Cal Protoner: Legger igjen spor i Tracker Nøytroner: Legger ikke igjen spor i Tracker Myoner: Legger igjen spor i Tracker Når helt ut til MyonDet Avgir bare litt energi i E-Cal og H-Cal Nøytrinoer: Forsvinner gjennom hele detektoren uten å legge igjen noen spor eller energi Kan bare idenfisieres vha manglende energi (ETMis) i energi-balansen 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 Tracker Avgir energi i H-Cal (og muligens litt i E- Cal) Stopper i H-Cal

5 HVORDAN LEGGE INN ELEKTRONER, MYONER ELLER FOTONER I HYPATIAS INVARIANT MASSE TABELL 1. Velg Pick 2. For elektroner eller myoner klikk på Tracks Window For å selektere elektronet eller myonet: a. klikk på sporet b. eller på Tracks i tabellen i Track Momenta Window 3. For fotoner klikk på Objects Tab For å selektere fotonet a. klikk på det gule tårnet som da viser seg i Canvas Window (dersom det finnes noen objekter i eventet) b. eller Object i Physics Objects tabellen 4. Velg Insert Electron eller Insert Myon eller Insert Photon (pilene) avhengig av hva du ser 5. Den invariante masse tabellen er vinduet langs toppen (og litt skjult) merket med grønt - ekspander det slik at du har den fremme! 2

6 TYPISK elektron-positron event Energi avsetting i elektromagnetisk kalorimeter (E-Cal) markert med røde sirkler Stopper i E-Cal En partikkel skal være positiv (positronet), det andre negativt (elektronet) NB! Husk å også sjekke side-visningen i HYPATIA (neders i Canvas Window), ikke bare front-visningen som her!

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

8 EKSEMPEL på ikke-konvertert di-foton event Energiavsetting i elektromagnetisk kalorimeter (røde sirkler) Objekter i Physics Objects Tab, og markert med gule tårn (røde piler i figuren ti høyre) Ingen spor i Spor-detektoren NB! Husk å også sjekke side-visningen i HYPATIA (neders i Canvas Window), ikke bare front-visningen som her

9 EKSEMPEL på di-foton event med ett konvertert foton Energiavsetting i elektromagnetisk kalorimeter (røde sirkler) Objekter i Physics Objects Tab, og markert med gule tårn (røde piler i figuren ti høyre) Spor i Spor-detektoren NB! Husk å også sjekke side-visningen i HYPATIA (neders i Canvas Window), ikke bare front-visningen som her

10 EKSEMPEL på bakgrunns-event Mye manglende energi (ETMis) (rød ellipse) Kun ett enkelt elektron (rød sirkel) NB! Dette er bare ett enkelt eksemple på en bakgrunns-event. Andre bakgrunns event kan inneholder myoner og/eller jetter også. NB! Husk å også sjekke side-visningen i HYPATIA (nederst i Canvas Window), ikke bare front-visningen som her

11 Noen anbefalinger til hvordan utføre detektiv-arbeidet i HYPATIA Tips om hvordan bruke HYPATIA finner du på Z-sporet: Partikkel identifikasjon Visualisering med HYPATIA Oppsummert: 1. Sett et minimum pt kutt på sporene på 5-10 GeV (HYPATIA Control Window Cuts) 2. Analyser de gjenværende sporene og objektene og klassifiser dem som enten myoner, elektroner eller fotoner. 3. Zoom inn i begge perspektiver (front, side) for å skille mellom doble eller enkle spor 4. Sjekk om den invariante massen til doble spor er 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 Cuts) for å være sikker på om det enkle eller doble sporet kommer fra hovedkollisjons-punktet (dvs ikke forsvinner) I mer detalj: Sett et p T kutt på spor i HYPATIA Control window (cuts, InDet): typisk >10 GeV/c o Et lavere kutt på 5 GeV kan være nyttig for å ikke gå glipp av noen 4lepton event. For å finne myoner: er det spor i spor-detektoren (Tracker) og i myon-detektoren (Myon-Det) o Legg til partiklene som myoner i Invariant Mass Table dersom det er et partikkel antipartikkel par (dvs den ene partikkel er positivt ladet, det andre negativt) o Dersom det ikke er flere leptoner (elektroner eller myoner) i eventet, fortsett til neste event. o Dersom det er flere leptoner i eventet kan dette være et 4 lepton event, og alle 4 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 -, + ). For å finne elektroner eller fotoner, start enten fra Tracks eller Physics Objects (HYPATIA track momenta window) o Start fra Tracks Dersom spor i Tracker og ingen i Myon-Det, sjekk om det er i hvertfall 2 store energiavsettinger i elektromagnetisk kalorimeter (E-Cal) Dersom partiklene er et partikkel antipartikkel par, og sporene tydelig peker mot energiavsettingene i E-Cal, så har du funnet elektroner. Legg til partiklene som elektroner i Invariant Masse Tabellen Ideelt sett skal disse elektronene også være Physics Objects. Men det kan noen ganger hende at de ikke er blitt identifisert som det. o Start fra Physics Objects Dersom minst 2 objekter peker mot energiavsettinger i E-Cal, er dette sannsynligvis elektroner eller fotoner Sjekk om det er spor i Tracker zoom inn for å skille mellom enkle eller doble (veldig tett) spor Et spor kan se ut som om det peker til energi-avsetting i side-visning, men ikke i front-visning, så (eller vice versa), så sjekk begge visninger! før du klassifiserer det som enten elektron eller foton

12 Dersom 2 (enkle) spor, ett positivt ladd og ett negativt ladd, og de peker til energiavsettinger i E-Cal : o Legg til partiklene som elektroner i Invariant Mass Table. Dersom ingen spor peker til de to energiavsettingene i E-Cal, gå tilbake til Physics Objects og o Legg de til som fotoner i Invariant Masse Tabellen o Konverterte fotoner gir to tette spor med motsatt ladning og veldig liten invariant masse (nesten 0) 2 veldig tett spor som peker til en energiavsetting i E-Cal kan komme fra et konvertert foton ( e + e - ). For å sjekke dette, legg til begge sporene i Invariant Masse tabellen og sjekk hva massen 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. o OBS! Fjern de to sporene du la inn som elektroner! o I noen tilfeller forsvinner sporene dersom du krever 2 pixel hits se nedenfor. Det kan forekomme at et dobbel spor som faktisk er en konversjon ikke har en Physics Object. Beundre eventet, men ignorer det og gå videre! Tips: o Et kutt på Number of Pixel Hits >=2 kan hjelpe til å fjerne enkle eller doble spor fra konverterte fotoner Et kutt på Number of SCT hits >=7 kan hjelpe for å bare vise lange fine spor.