préparation des td
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Préparation des TD. Objectif : 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. Détecteur Delphi. production Z 0 , impulsion ~ 0. e -. e +. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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/