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

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  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 1

    ReconstructionReconstruction&&

    Analyse de physiqueAnalyse de physiqueMarc Verderi

    LLR-cole polytechniqueDu dtecteur la mesure

    Roscoff Juin 2007

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 2

    INTRODUCTION

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 3

    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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 5

    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 +

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 7

    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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 11

    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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  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 13

    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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 14

    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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 16

    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 :

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 17

    Algorithmie: patterns

    Ex pattern cluster Ex pattern chambre traces

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 18

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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 19

    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

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 20

    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.

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 21

    DEUXIME PARTIE

    LES GRANDES LIGNES DUNE MESURE DE PHYSIQUE

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 22

    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)

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 23

    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)

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 24

    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)

  • Marc Verderi - LLR Du detecteur a la mesure - Roscoff - Juin 2007 25

    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

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