Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu

1. Vlastnosti top kvarku z dilepton kanálu Kamil Augsten FJFI - ČVUT v Praze D0 Fermilab Seminář ATLAS

2. Outlook • Úvod – top kvark, detektor D0 • Metoda kinematické rekonstrukce topologie vzniku páru top-antitop: a) pomocí kinematických rovnic b) pomocí známých maticových elementů • Určení hmoty top kvarku • Rozbor systematických chyb ovlivněných detektorem D0 • Další vlastnosti top quarku Seminář ATLAS

3. Úvod – top kvark • Top kvark objeven 1995 ve Fermi National Accelerator Laboratory na urychlovači Tevatron (příslušné detektory CDF a D0) • po 20 letech hledání – uzavřena řada 6 kvarků předpovězených Standardním modelem (SM) • základní parametr SM – žádoucí přesné určení jeho vlastností, především hmoty • hmota topu může hrát zvláštní roli při porušení elektroslabé symetrie, ve vymezení hmoty dosud neobjeveného Higgsova bosonu nebo při přechodu k fyzice za SM Seminář ATLAS

4. Detektor D0 • na urychlovači Tevatron, kde se urychlují svazky protonů a antiprotonů, každý na 980 GeV (max. energie při čelní srážce je 1,96 TeV) • zde byl top kvark objeven, do spuštění LHC jediné místo, kde lze t-kvark produkovat • D0 – typický detektor ve fyzice vysokých energií Seminář ATLAS

5. Seminář ATLAS

6. Seminář ATLAS

7. Hmota top kvarku • top páry jsou produkovány především anihilací kvark-antikvark: • rychlý rozpad (~ 10-24 s): Seminář ATLAS

8. Rozpad top párů • tři rozpadové kanály: lepton + jets, dilepton, all-jets • dilepton kanál je zastoupen nejméně (6 %), ale má výhodu, že je nejméně zatížen pozadím Seminář ATLAS

9. Aktuální světový průměr hmoty t-kvarku podle skupiny TEVEWWG (07/2008), s daty z D0 a CDF až 2,8 fb-1: Mt = (172,4 ± 1,2) GeV/c2 Seminář ATLAS

10. Kinematická rekonstrukce top párů • dilepton kanál – 2 leptony, 2 jety (od b-kvarků) a 2 neutrina v konečném stavu • leptony (kombinace e+e, e+µ, µ+µ) a jety (otázka rozlišení b a anti-b) – dobře změřené detektorem • neutrina nelze detekovat – jejich hybnosti neznámé • kinematické rovnice pro dileptonický ropzad: Seminář ATLAS

11. neznámé: px – py – pzpro antineutrino a px – py – pzpro neutrino • lze převést na 2 lineární a 2 nelineární rovnice o 4 neznámých (první dvě rovnice jednoznačně určují pxa py neutrina) • umocněním lineárních rovnic a substitucí vzniká – 2-dimenzionální problém (dvě kvadratické rovnice pro pxa py antineutrina) • koeficienty jsou komplikované (vypočteny matlabem) • odečtením a dosazením za py -> kvartická rovnice Seminář ATLAS

12. Template metoda založená na rekonstrukčním programu, který ze známých vstupních parametrů (hmoty a hybnosti finálních částic) rekonstruuje rozpad – řešením výše uvedených kinematických rovnic rozpadu • odhad hmoty topu slouží jako vstupní parametr – po vyřešení je zpětně zrekonstruován a odhadnut podle váhy řešení • Vstupní parametry do programu: hmota topu (předpoklad), hmota W, px – py – pza E od jetu1(b-kvark), px – py – pza E od jetu2 (anti-b), px – py – pzleptonu, px – py – pzantileptonu, px – pymissing pT (nedetekovaná hybnost neutrin) Seminář ATLAS

13. Hmota topu z kinematické rekonstrukce • rekonstrukce hmoty topu: vyřešit rovnice pro různé fixované hmoty top kvarku a pozorovat závislost nalezeného počtu řešení a pravděpodobnosti pro nejlepší řešení na této fixní hmotě • test metody na partonové úrovni – vzorek MC (Pythia) se 100000 eventy Seminář ATLAS

14. kalibrace metody – MC generované vzorky se simulací detektoru, pro hmoty top kvarku 145-205 GeV s krokem 10 GeV, vždy s 10000 eventy • pravděpodobnost každého řešení je aproximování váhou • distribuce vah ze všech eventů je použita k získání nejlepšího odhadu rekonstruované hmoty top kvarku • kalibrační přímka: • ideální hodnoty parametrů p1=1 a p0=175. • simulace pozadí – Drell-Yan produkce Z/γ*→l+l- asociovaná s jety, diboson produkce (ZZ, WW, WZ) asociovaná s jety Seminář ATLAS

15. Seminář ATLAS

16. Seminář ATLAS

17. Rekonstrukce dat • obrovské vzorky dat událostí zaznamenaných detektorem • nutnost použití různých selekcí a kinematických cutů pro zmenšení vzorku a následnou finální selekci • první práce s daty - použil jsem starší a prověřený vzorek – data nasbíraná detektorem D0 v období od října 2002 do října 2004 (Run IIa) – což odpovídá luminositě přibližně 370 pb-1 • 29 nalezených kandidátů na dilepton eventy – 18 eµ, 8 ee a 3µµ Seminář ATLAS

18. Typická dilepton událost Seminář ATLAS

19. Systematické chyby Seminář ATLAS

20. Hmota top kvarku • z uvedených dat a 29 kandidátských událostí, po korekci: Seminář ATLAS

21. Matrix Element Method • pro srovnání - Metoda maticových elementů • současné výsledky na D0 pro data přibližně o 1 fb-1, v eµkanále dokonce 2,8 fb-1 • kombinovaný výsledek pro 1 fb-1 : • výsledek pro 2,8 fb-1 v eµ: Seminář ATLAS

22. Výsledky MEM Seminář ATLAS

23. Další vlastnosti top kvarku • důležitá charakteristika je účinný průřez produkce párů top kvarků (v dilepton kanále – z těchto analýz jsem využil kinematické cuty, odhad pozadí) • uvedená rekonstrukční metoda může být použita při studiu spinových korelací top kvark párů Seminář ATLAS

24. Shrnutí a výhledy do budoucna • výsledek je ve srovnání s aktuálním světovým průměrem nebo jinými metodami (MEM) poměrně nepřesný a odhadnutá hmota trochu menší. Srovnání s analýzami na podobných datech v dilepton kanále je ovšem příznivé (odpovídající chyba a dokonce větší hmota) • dalším cílem – aplikovat metodu na novější data (až 4 fb-1, odhadem až 100 událostí v dilepton kanále), lepší odhad chyb (z novějšího MC) • analýzu je možné (s úpravami) použít na hledání Higgsova bosonu • vyhlídky do budoucna – spuštění LHC – mnohem lepší zdroj dat pro zkoumání vlastností top kvarku Seminář ATLAS

25. Výhled – top kvark • cílem je snížit chybu určení hmoty top kvarku pod 1 GeV • otázka jakou hmotu vlastně měříme – existují renormalizační schémata, „running“ hmoty, ukazuje se, že nejblíže je základní definice hmoty – tzv. „pole mass“ • započítání color reconnection? – očekává se, že ovlivňuje produkci částic při rozpadu W, interakce barevných objektů při hadronizaci Seminář ATLAS

26. Děkuji za pozornost Seminář ATLAS