1 / 51

Институт за нуклеарне науке “ Винча ’’ Група за експерименталну физику високих енергија

Фон у мерењу луминозности и развој методе за идентификацију b-кварка у експериментима ILC (International Linear Collider) и H1 Мр. M ила Пандуровић докторска дисертација Ментор: Др Иванка Божовић-Јелисавчић Институт за нуклеарне науке “ Винча ’’. Институт за нуклеарне науке “ Винча ’’

ravi
Download Presentation

Институт за нуклеарне науке “ Винча ’’ Група за експерименталну физику високих енергија

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Фон у мерењу луминозности и развој методе за идентификацију b-кваркау експериментима ILC (International Linear Collider) и H1Мр. Mила Пандуровићдокторска дисертацијаМентор: Др Иванка Божовић-ЈелисавчићИнститут за нуклеарне науке “Винча’’

  2. Институт за нуклеарне науке “Винча’’ • Група за експерименталну физику високих енергија • I део тезе је урађен у оквиру FCAL колаборације • 20 институција, 12 земаља • II део тезе је урађен у сарадњи са DESY, Хамбург, Немачка, у оквиру H1 колаборације • 40 институција, 12 земаља

  3. Део IФон у мерењу луминозности у експериментуILC (International Linear Collider)

  4. Meђународни линеарни колајдер ILC • e-e+линеарни колајдер, Еcm=500 GeV (1TeV) • L=2·10-34 cm–2 s-1 • X-угао 14 mrad • Поларизација e- = 80%, e+ = 60% • Почетно и коначно стање, хелицитет: дефинисан • Потпуно Еcmрасположиво • Минимални фон: видљивост процеса од интереса  • ILC -комплементарни експеримент LHC • Прецизнамерењаособина новооткривених честица на LHC • Ограничавање простора параметара физикe изван СМ

  5. Концепт детектораза ILC • Херметичност детектора: реконструкција млазева (процеси са вишеструким млазевима), као и за одређивање енергије која недостаје (SUSY). • Параметар судара: • Резолуција импулса наелектрисаних честица (10xLEP) (мерење ‘узмачне’mHу Higgsstrahlung процесу) • Резолуција енергије млазева (2xLEP) реконструкција млазева: прецизна мерења масеW, Z, H или t.

  6. LDC концепт детектора

  7. Далека предња област детектора за ILC • Област поларног угла < 5о • Mерењеинтегрисане луминозности прецизност~ 10-3! прецизност:систематски и статистички импакт • Мерења ефикасних пресека процеса од интереса е+е- W+W-,е+е-f+f- • аномална спрезања градијентних бозона (TGC) • прецизна електрослаба мерења • Мерење тренутне луминозностиидијагностика снопа. • Идентификацију високо енергетских е+,е- емитованих под малимугловима (SYSU). • Херметичност детектора. • Заштита система за реконструкцију трагова од уназад расејаних честица.

  8. Детектори предње области LumiCal[31,78] mrad: мерење луминозности BeamCal[ 5, 40] mrad: -дијагностика снопа, -тренутномерење луминозности ... LHCal: продужетак хадронског калориметра у предњу област Pair monitor: (x, y)IP

  9. Калориметар за мерење луминозности Si/W сендвич калориметар 30 равни, LIP=2.5 m Угаона прихватљивост[31,78] mrad Осетљива запремина: [38,69] mrad Енергетска резолуција 0.23GeV1/2 Резолуција  2.2 10-5rad RM=1.5 cm Симулација BARBIE V4.1 (Geant3) BARBIE V5.0 (Geant4) Еcm=500GeV Еcm=500GeV [26-82] mrad [31-78] mrad ”тракаста” ”R” 64 R 64Rx48 120 

  10. Мерење луминозности на ILC Сигнал: Bhabha расејањепод малим угловима (SABH): ~99% em

  11. Машински фон у мерењу луминозности(beamstrahlung) • честице~ 1GеVE108 TeV/BX  BeamCal10 МG/г. • Велика депозиција у луминометру  велика заузетост система за очитавање • Min() & Max()x =640 nm, y = 5.7nm • BHSE • Тренутно мерење луминозности

  12. анихилација “bremstrahlung” leptonic bck. leptonic bck. hadronic bck. hadronic bck. конверзија мултипериферални Четворофермионски процеси као фон у мерењу луминозности Четворофермионски процеси механизмом неутралних струја Сигнатура слична сигналу

  13. Симулација сигнала и физичког фона Сигнал: 105догађаја BHLUMI(SABH генератор), s и t канал, поларизација вакуума, ISR (TR~ 8 x 10-3трагова/BX у LCAL) (4.58  0.02) nb Физички фон: 4f NC процеси (Борнов ниво)WHIZARDV1.4. (9.2±0.03) nb

  14. РезултатиЗаснивање концепта мерења луминозности: критеријуми селекције,однос физичког фона и сигнала

  15. Критеријуми селекције Kолинеарност||=|1 -2| Kомпланарност|| = | 1 - 2| Енергетски балансEbalance=|EL-ER|<0.1 Emin Emin=min(EL,ER) Релативна енергија Erel= (EL+ER)/2Ebeam

  16. leptonic bck. hadronic bck. leptonic bck. hadronic bck. Тополошке карактеристике сигнала и физичког фона

  17. leptonic bck. hadronic bck. leptonic bck. hadronic bck. Дистрибуције енергије сигнала и фона у луминометру

  18. Ефикасности селекције сигнала и одбацивања физичког фона

  19. 0, Ee- Ee+ • Bha • Bba+BS • Bha+BS+em Еrel=0.8BHSE= - 4.4% Eфекат интеракције снопова (BHSE): • BHSE: 1. Beamstrahlung мерење: exp= f (x, y) 2. Em дефлексија fin0, Ee- Ee+ мерење:?

  20. Aсиметрични критеријуми селекције • Мотивација: • Еrel=0.8 • [min+4mrad, max-7mrad], наизменично 1. BHSE= -1.5 % 2. Квадратна зависност L/L (IP) Ефикасност селекције сигнала и одбацивања физичког фона

  21. Однос фон-сигнал [26,82] mrad

  22. Укупна систематска грешка мерења луминозности на ILC [26,82] mrad

  23. Закључак • Могуће је конципирати мерење луминозности на ILC тако да са постојећим дизајном детектора релативна систематска грешка мерења луминозности буде реда 10-3. L/L=(1.2·10-4)  (2.2 10-3) • Физички фон се може одржавати на промилном нивоу у односу на сигнал различитим селекцијама. • Однос физичког фона према сигналу није значајно осетљив на избор геометрије детектора. • Потребно је квантификовати (све остале) систематске ефекте за различите геометрије (коначну геометрију) детектора као и за све разматране скупове критеријума селекције.

  24. Део IIРазвој методе за идентификацију b-кваркаекспериментуH1

  25. HERA • e p колајдеру DESY, Хамбург, Немачка • HERA I 1992-2000HERA II 2002-2007 Ep= 27.5 GeV 27.5 GeV Ee= 820 GeV 920 GeV Ecms ~ 300 GeV 319 GeV

  26. Структура протона LHC

  27. Н1 детектор • ep расејање  асиметрија детектора

  28. Карактеристичне променљиве Виртуелност Бјоркенова варијабла Нееластичност Q2= - q2 = - (k-k’)2 Q2 X= 2 p·q p·q p·k y= 2E ye= , =(Ei-pzi) (+E’(1-cos ’)) Дубоко нееластично ep расејање Мерење: е метод Q2=4EE’cos2(’/2)

  29. Селекција догађаја дубоко нееластичног расејања • Анализа је спроведена на подацима 2006 e- p укупне луминозности54.4 pb-1 • Селекција догађаја: • Q2 > 6 GeV • Трагови: главни детектор трагова CJC + вертекс детектор CST ( NCSTпогодака2) • Monte Carlo DIS: RAPGAP • Q2 > 4 GeV2, y > 0.025

  30. Производња тешких кваркова насударачу HERA • Услед велике густине глуона за вредности x доступне на HERA акцелератору доминантни процес продукције тешких кваркова је бозон-глуон фузија (BGF)

  31. Инклузивна метода анализе догађаја са b кварком • Време живота b и маса хадрона mb • Изведене варијабле: b : - удаљење PV и SV - параметар судара (r резолуција) - ‘’Тачност’’ S = () S1, S2 највеће вредности тачности за трагове који припадају млазу mb: - мултиплицитет млаза (Ntr) - трансверзални импулс трага (pt) и млаза (ptjet) - маса млаза (JetMass)

  32. Осетљиве променљиве

  33. TMVA Toolkit for Multivariate Analysis • Вишедимензионална анализа: • не постоји аналитичка зависност опсервабли и величина од интереса, • велики B/S • Статистичке методе TMVA пакета - неуронске мреже - дискриминантне анализе - дрво одлуке, ...

  34. Фаза тренинга и тестирања • MC генератор Rapgap генерисање узорака DIS:uds, c, b • Кинематички опсег Q2 > 4 GeV2, y > 0.025 • Сигнал – b узорак5x103 • Фон – c и uds узорак 2x104 • скуп С1:Ntr,JetMass_1Jet ,S1, S2, Pt1,Pt2,PtAv=(Pt1+Pt2)/2 С2:Ntr,JetMass_1Jet ,S1, S2, PtAv С3: Ntr,JetMass_1Jet ,S1, S2, PtJet С4:Ntr,JetMass_1Jet ,S1, S2

  35. Ефикасност селекције сигнала и одбацивања фона

  36. Одабир скупа променљивих: • max (Rbck (Es)) • Ефикасност променљивих(рангирање) • Стабилност ефикасности у посматраним Q2 биновима • Корелације променљивих • С4:Ntr,JetMass_1Jet ,S1, S2 • Одабир метода је вршен за сваки кинематички бин засебно: • max (Rbck (Es)) • Стабилност метода у односу на посматране систематске ефекте • Конвергенција Барлоу-Бистон фита за све систематске ефекте

  37. Излазна функција за један од одабраних метода: Сигнал (плаво) Фон (црвено) Вредност раздвајања сигнал фон (црвено испрекидано) Одређивање вредности отсецања излазне функције max (Es·Rbck) Излазна функција метода

  38. Корелација променљивих

  39. N events Data Uds N events Bbbar Ccbar Фаза примене одабраних ТМVA метода Тренирани методи су примењени на узорке : експерименталних податка,лаких кваркова (uds), c кварка, b кварка  дистрибуције излазне величине TMVA метода Фракције кваркова у протону су добијени као параметри фита дистрибуција излазних величина TMVA метода: Data=Фит (uds,c,b) излазне дистрибуције TMVA метода

  40. Data • total MC N events TMVA output Барлоу-Бистон фит • Анализа оптимизована за b кварк • Предност фита: узима у обзир статистичке неодређености

  41. Резултати: удео b кварка у структури протона

  42. Грешке мерења

  43. Закључак • Измерене фракције bкварка у протону су у сагласности са теоријским предвиђањима водећег реда. • Најоптималнији сет променљивих: минимални број најбоље рангираних променљивих. • TMVA & Барлоу фитер даје добар опис реконструкције фракција b кварка у MC . • Доминантне компоненте систематске грешке: модели продукције и фрагментације тешких кваркова. • Добијене фракције b кварка се могу користити за добијење ефикасног пресека продукције

  44. Kрај

  45. ILC детектор H1 детектор

  46. Утицај резолуције на однос фон-сигнал l=0.8 mrad =(2.2 0.01)·10-5 rad

  47. Ангажованост система за очитавање

  48. ILC детектор H1 детектор

  49. Структура протона у зависности од пренесеног импулса

  50. Кинематички опсег HERA колајдера

More Related