préparation des td

Préparation des TDObjectif : utiliser outil « Wired »-Mesurer rapport d’embranchements du Z-Mesurer constante de couplage de interaction forte à l’énergie du Z

M. Escalier

Topologie de la collision

désintégration vers état final

Détecteur Delphi

Trajectographe : traces particules chargéescalorimètre électromagnétique : mesurer énergie e-, photons par interaction matière du calorimètrecalorimètre hadronique : mesure énergie hadrons par interaction avec noyaux matièrechambres à muons : muons + lourds, atteint rayon plus grand

e- e+

production Z0, impulsion ~ 0

Identification des désintégrationsavec le programme WIRED

info sur événement

énergie dans centre de masse : collision [GeV]

VUE DE L’EVENEMENT

nombre de traces (particules chargées)énergie mesurée par détecteur [GeV]ECM=Emesuréetoutes particules mesurées

VUE DE L’EVENEMENT

détecteur de vertex trajectographe

calorimètre électromagnétique

calorimètre hadronique

chambres à muons

cylindrique central

bouchons avant/arrière

vue de face vue de côté

I Désintégration du Z

Ze+e- 3,67 %Zµ+µ- 3,67 %Z 3,67 %ZZqq 69,90 %

--

leptons

2 jets ~ 40 %3 jets ~ 24 %≥4 jets ou plus ~ 6 %

expérimental

BR théoriquedésint. possibles

trajectographe :-2 traces seules-directions opposées

calo électromagnétique :-2 dépôts E (taille=dépôt≠direction)

~toute l’énergie mesurée (MET~0)

trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

Ze+e-

similaire à e+e-, mais µ : mais signal dans chambre à muons

trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

Zµ+µ- « µ »=muon

Z+- «  »=tau

e+e+

µ+µ+

non détectés : désintégration rapide en autres particules

hadron+ 65 %

17 %17 %

énergie transverse (MET) importante

1, 3 traces chargées : 2, 4 ou 6 traces chargées

e+e+

µ+µ+

trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

: hadronique+

µ

gerbes particules

« + » : muon

trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

µ+µ+

Autre exemple

2 quarks2 jets (hadrons, autres particules)

-

µ dans jet

éloignement quarkscréation paire q-q, etc… : jets-

Zqq 2 jets trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

tracesCalo elmgCalo hadronique

Les jets peuvent contenir des muons

fréquent : q : émission gluon (jet)topologies 2, 3, 4 jets…

eg : Zqq +1 gluon : topologie 3 jets-

trajectographecalorimètre électromagnétiquecalorimètre hadroniquechambres à muons

Zqq 3 jets-

eg : Zqq+3 gluons5 jets-

Zqq 5 jets-

Pas de trace : impossible à compterPrédiction Modèle Standard : Br(Z)=20 %

Z-

Identification : -déduction par soustraction autres phénomènes-détecteur gigantesque (ce n’est pas le cas)

Mesure BR(Z)

: prédiction Modèle Standard : 20 % ZTenir compte des désintégrations neutrinos (20%)

Eg : 100 événements : 5 événements de type « A »BR(« A »)=5/(100/0,80)==4 %

Comparer avec théorie

Mesurer # désintégrations de chaque type (ee, mumu, tautau, 2 jets, 3 jets, ≥4 jets, etc…) : utiliser Wired

Rapport de branchement (BR) =ni/ntot

Mesure constante de couplage forteinteraction (force) natureconstante de couplage=intensité force-interaction forte : s

-interaction électromagnétique : EM

-interaction faible : W

-interaction gravitationnelle (la plus faible) : GN (constante de Newton)

Modèle Standard

~For

ces

coup

lage

s

~E

supersymétrie

S=k N3-jets/N2-jets

d=(impulsion, direction particules)

WIRED : d=5 GeV/c

théorie : S=0,119±0,002

Probabilité émission jet : ~ S(MZ)

compter événements avec 3 jets et 2 jetsS(MZ)

Comment on fait ?

k : cte=f(reconstruction des jets dans le détecteur)[ f(algorithme de jets)=f(d ou djoin) ]

k~0,2

A vous de jouer !!event label (run/event) nature certitude perso

12345678

…

#events rapport embranchement (en %)Z-->eeZ-->mumuZ-->tautauZ-->2 jetsZ-->3 jetsZ-->4 jetsZ-->qq (total)Z-->nunu (MS)

ANNEXE

Les outils pour la physique des particules

Accélératuer pour créer des particules par collision : LHCDétecteur pour déterminer particules produites : ATLAS

accélérateur

détecteur

Interaction rayonnement-matièreTrajectographeIdentification particulesMesure impulsion : aimantMesure énergie : calorimètreDétecteur muon

MET : pointillés+valeur

Calorimètre : absorbe énergie particulecalorimètre sur couche extérieur au trajectographe

Atlas : calorimètre électromagnétique : e+, e-, gammaCalorimètre hadronique : hadron (n, p, etc…)

Muon : traverse trajectographe et calorimètre

Neutrinos : traversent détecteur sans interagir : signature : énergie manquanteAxe z faisceau : énergie particules initiales inconnue (particules dans proton)Suivant transverse : 0connaissance énergie transverseMETDashed line sur schémaAimant : courbe particules chargésSolénoide et toroide : courbe dans plans différentscharge et impulsion

HypatiaCanvas window : vue du détecteur

tonneau

bouchon

Z : axe des faisceauxX, y : axes perpendiculaires aux faisceaux

Control window : modifier paramètresPick : selectionner traces et avoir ses paramètres : charge, impulsion, angleCut : sélectionner une coupure en Pt

Track momenta window : caractéristiques des tracesFile : sélectionner fichier pour événementsNext Event, Previous EventOnglet RecTracks : traces reconstruites par trajectographeRecMuonTrack : traces reconstruites par spectromètre muonSimulated : simulationTraces simulés : générées avant interaction avant détecteur (reconstruction)Peut être caché (« hide  »)

Particules se désintégrant en autres particules

Convergence de plusieurs traces en un même point : « vertex »

Pourraît provenir de la désintégration d’une particule initiale

calculer masse invariante : m=sqrt(E2-p2)

E : énergie : SEi

p : impulsion : Spi flèche

Pour une meê particule, masse doit être pratiquement toujours la même : distribution centrée autour od’une valeur moyenne

Larguer à mi-hauteur : G

Largeur : donne information : eg GZnb de types de neutrinos

exercices

I

•Provide a file of mixed muons and electrons and ask the student to identify them looking at the different detector signatures.

•Investigate the effect of the cut button. What happens if you increase the p threshold. Explain why?

•Associate the Inner Detector tracks with the Muon tracks in the case of muons.

Proposition d’agenda-9:30 : bienvenue, inscription-10:00 : préparation générale :Physique des particules, modèle standard, accélérateurs, détecteurs-10h45 : discussion -11:00 : présentation détails techniques pour session PC aprèsmidi-11h45 : discussion-12:00 : visite du laboratoire, informations sur le laboratoire-12h30-14h00 cantine (discussion possible avec intervenants)

-14h00-16h00 : sessions PC désintégrations Z à LEP14h00 : introduction14:30 : binômes étudiants travaillant sur PC Fichiers .xls15:30 : synthèse résultats, discussion, interprétation16:00 : pause16:30-18:00 : conférence video en anglaisQuiz18h00 fin : souvenirs, brochures, cds

Distribuer un quizz au début : Exemples : combien d’interactions dans la nature ?Quelle est l’interaction la plus faible ?Combien existe-il de familles de neutrinos ?etc…

Répartition des tâches

-conférences : candidat si sujet bien défini-installation soft/tests sur PC-encadrement séances PC : candidat-réservation des salles-Préparation quizz : candidat-Relations sociales avec lycées, publicité-logistique

Masse invariante, px, py, pzIntro générale physique des particulesDelphi, structure détecteur

Combinaison

II WW

Paires W : plus difficiles à analyser• ECM ~ 200 GeV nécessaire • Plus de particules chargées dans détecteur• difficile de dinstiguer produits de désintégration de chaque W

Objectif : mesurer rapport branchement W

We 10,7 %Wµ 10,7 %W 10,7 %Wqq-

Leptons : 32,2 %

théorique

hadrons

II Désintégration du W

Chambre à muonPas parfaitement à 180° : neutrinos prennent impulsion transverse

We- e

Wµ µ

majorité dans calo électromagnétique

Désintégration de 2 W

eg : supposons e- d’un W dans même direction que jet de autre We- semble faire partie du jetplus facile avec e- isolé

La désintégration tauonique d'un boson W est particulièrement compliquée, puisque le tau peut se désintégrer lui-même en un électron ou un muon (+ neutrinos). Il est alors particulièrement difficile de distinguer entre une désintégration électronique (resp. muonique) du W et une désintégration tauonique dont le tau s'est désintégré en électron (resp. muon). Pour simplifier l'exercice, seuls les deux rapports de branchement pour les désintégrations leptoniques et hadroniques pourront être mesurés. Ceci veut dire que l'on ne fait pas la distinction entre les différents types de leptons. Ce faisant, le problème des désintégrations tauoniques est évité. A présent, selectionnez un nombre de collisions de paires de bosons W et comptez le nombre des différentes désintégrations. Le calcul des rapports de branchement est plus facile que celui du boson Z, car il n'y a pas de désintégration invisible (en neutrino uniquement). Le rapport de branchement d'un mode est simplement le nombre de désintégrations de ce mode identifiées divisé par le nombre total de désintégrations analysées.

Wqq (jj)

Wµ µ

Wqq (jj)

Regarder MET !!

Voir dans download pour reconstruction

http://web.phy.bg.ac.yu/~hypatia/