reconstruction analyse de physique - .• la reconstruction est l’opération qui permet de passer

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ReconstructionReconstruction&&

Analyse de physiqueAnalyse de physiqueMarc Verderi

LLR-cole polytechniqueDu dtecteur la mesure

Roscoff Juin 2007

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INTRODUCTION

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Liminaire On suppose un ensemble acclrateur-dtecteur(s) en opration

et conu pour rpondre une thmatique de physique: Exemples:

LEP {Aleph, Delphi, Opal, L3} = physique du Z0, W PEP-II BABAR / KEK BELLE = violation de CP, LHC {CMS, ATLAS} = recherche du Higgs

Lacclrateur cre, par collisions, des particules dintrt: Exemples:

LEP : e+e Z0, e+e W+ W PEP-II : e+e (4S) B0 antiB0 LHC: gluon gluon Higgs

Le dtecteur permet ltude de ces particules en collectant et mesurant leur produits de dsintgrations: Exemples:

Z0 quark antiquark, e+e, + , + W quark antiquark, e neutrino, B0 J/ K0S suivi de J/ e+e ou + et K0S + , Higgs ,

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Exemples de collisionsALEPH

e+e W+ W suivi de W quark antiquark, W+ e+ neutrino

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Exemples de collisionsALEPH

CMScollision simule

BABAR

B0 J/ K0S suivi de J/ + et K0S +

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Exemples de collisions

BABAR

Vue (x,y)

ALEPH

Vue (z,y) CMScollision simule

B0 J/ K0S suivi de J/ + et K0S +

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Les questions abordes

Une fois les donnes collectes, par quel(s) processus arrive t-on une mesure de physique ?

Quels sont les mthodes et outils utiliss ?

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PLAN

I. LA RECONSTRUCTION DES VNEMENTS

II. LES GRANDES LIGNES DUNE ANALYSE DE PHYSIQUE

III. LA SIMULATION

IV. LAJUSTEMENT

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PREMIRE PARTIE

LA RECONSTRUCTION DES VNEMENTS

PrincipePosition voies lectroniques

CalibrationPatterns

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Par o commence le problme de reconstruction ?

Un exemple dexprience: BABAR

Au Stanford Linear Accelerator Center Prs de San Francisco

La salle de contrle de BABAR Et si nous sommes chanceux:

vue live de la prise de donnes dvnements dans BABAR

Des collisions e+e

http://www.slac.stanford.edu/BFROOT/www/Computing/Graphics/WebDisplay/live.html

http://www.slac.stanford.edu/BFROOT/www/Computing/Graphics/WebDisplay/live.htmlhttp://www.slac.stanford.edu/BFROOT/www/Computing/Graphics/WebDisplay/live.html

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Digression: que fait BABAR ?

Mesure de la violation de CP: C : changement particule anti-particule P : transformation (x,y,z) (x,y,z)

Violation de CP a(urait) permis notre existence: Lors du Big Bang , matire et anti-matire prsentes en quantits

gales auraient du sannihiler ne laissant que de la lumire ! Violation de CP = (lger/infime) dsquilibre/dissymtrie des lois

physiques entre matire et anti-matire. Ce dsquilibre a permis une infime quantit de matire de survivre,

cette matire forme les objets daujourdhui. La violation de CP est particulirement visible dans le

systme B0 anti-B0

Bob

Cah

n

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Reconstruction ? La reconstruction est lopration qui permet de passer

des donnes brutes dun sous-systme des objets quil est conu pour mesurer: Dtecteur de vertex:

Coups dans cellules vertex Chambre traces:

Coup dans cellules traces charges Calorimtre

Cristaux, cellules, etc clusters Dtecteur Cherenkov:

Cellules, photo-multiplicateurs angle cherenkov Etc

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Principe reconstruction

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RUN 0x003F06AEVT 0x005DC0ATIME_STAMP

CALO:MOD4:CR7:0857CALO:MOD4:CR8:1140CALO:MOD4:CR9:0520

DCH:SECT0:CH056:081DCH:SECT0:CH084:050DCH:SECT0:CH085:070DCH:SECT0:CH112:101DCH:SECT4:CH047:090DCH:SECT4:CH097:231DCH:SECT4:CH103:077DCH:

BASE DONNEESCALO

BASE DONNEESCHAMBREA TRACES

Localisation voies lectroniques

BASE DONNEESCALIBRATIONCHAMBREA TRACES

BASE DONNEESCALIBRATION

CALO

Rponses voies lectroniques

La prise en compte des donnes de calibration, permet de corriger les disparits de voie voie: A un mme signal dentre, correspondra un mme

signal de sortie On obtiendra une rponse uniforme sur lensemble

des voies dun sous-systme On met de niveau les voies dlectroniques

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Calibration: mais encore

La calibration ne concerne pas que la rponse des voies dlectroniques

Certains effets physique doivent tre corrigs Exemple:

Fil idal:

Fil rel :

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Algorithmie: patterns

Ex pattern cluster Ex pattern chambre traces

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Pas de choix idal dalgorithme La reconstruction nest donc pas un processus 100% efficace

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Et ensuite A lissue de la reconstruction, on dispose dobjets comme:

Trace charges, ou segment de traces (dans dtecteur de vertex) Clusters etc

On inclue parfois dans la reconstruction la construction dobjets de plus haut niveau, qui combinent les informations de plusieurs sous-systmes: Trace dans dtecteur de vertex + chambre traces

Meilleur pointage au point dinteraction Trace dans chambre traces + cluster dans calorimtre

Identification delectrons Trace + trace:

Reconstructions de particules instables:K0S +

Cluster dans calorimtre lectromagntique sans trace associe Photon

Trace + information cherenkov Identification de Kaon

Etc

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Rsum La reconstruction est lopration qui, partant des donnes brutes dun dtecteur,

ralise sa fonction: Production de vertex, traces, clusters, angles cherenkov

Cette reconstruction ncessite la connaissance de: La position des voies dlectroniques De la caractristique de leur rponses

Pidestaux, gains, etc.. Ces informations sont consignes dans des bases de donnes Des donnes de calibration sont prises rgulirement afin dassurer le contrle des

voies dlectroniques Ces donnes de calibration sont injectes dans la reconstruction

La reconstruction se base sur des algorithmies Elle fait le choix de patterns Qui ont leurs limitations

Les informations issues de la reconstruction peuvent elles-mmes tre combines pour

Identifier les particules Fabriquer de nouveaux objets/particules:

Ex: combinaison de traces charges + vertexing obtention de K0S on est la lissire de lanalyse de physique.

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DEUXIME PARTIE

LES GRANDES LIGNES DUNE MESURE DE PHYSIQUE

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Sur quoi sappuie une mesure ? Le but dune mesure de physique:

Extraire la valeur de paramtre(s) thorique(s) Exemples:

Nombre de familles de neutrinos sin(2) Masse du Higgs

Une mesure de physique exploite certaines dsintgrations: Connues pour leur sensibilit ces paramtres Exemples:

Nombre de famille de neutrinos : combine toutes les dsintgrations du Z0

Mesure de sin(2) : dsintgrations B0 J/ K0S Masse du Higgs: toutes dsintgrations suffisamment abondantes

(et reconnaissables)

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Exemple: sensibilit sin(2)avec e+e (4S) B0 antiB0

Supposons que lon aun anti-B0

et une dsintgrationB0 J/ K0S

Mesure de z permetmesure de t

Et si B0 J/ K0S survienten premier, on dit t < 0

Au dpart, dans BABAR et BELLE, la paire B anti-B est booste vers lavant grce

lasymtrie des faisceaux e (9 GeV), e+ (3.1 GeV)

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Exemple: sensibilit sin(2)avec e+e (4S) B0 antiB0

t (ps)

Asymtrie =B0anti-B0B0+anti-B0

Probabilit de dsintgration t(entre t et t+t)

+1

1

(cliq

uer s

ur l

anim

atio

n po

ur d

mar

rer)

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Comment procde la mesure ?- survol (puis plus de dtails) -

En trois grandes tapes:I. La slection des dsintgrations dintrt

Dsintgration dintrt = signal On parle de slection , tout court

II. La modlisation des donnes slectionnes Prise en compte des imperfections/effets exprimentaux

Ou comment les donnes retenues reprsentent une vue dforme du modle thorique cause des effets exprimentaux

Permet ensuite lextraction ou la mesure elle-mme du/des paramtres thoriques recherchs Ralis par