Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

1. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Konrad Jende

2. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe • Ziele und Aufgaben • Herkunft der Daten/Voraussetzungen • Einführung in das Programm MINERVA • Ereignisse und Wissenswertes • Datenanalyse

3. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Z/A • Arbeit an originalen Daten (bzw. an original simulierten Daten ;) eines Teilchenbeschleunigerexperimentes; hier: ATLAS (CERN) • Analyse einer Datenstichprobe • Sie können Teilchen identifizieren und LHC-Ereignisse klassifizieren • Sie kennen Signaturen von Ereignissen aus Proton-Proton-Kollisionen • Sie gewinnen Einblick in die Struktur des Protons (Bestätigung der • Quarkzusammensetzung) • Aufgabe: • 1. Bestätige die Quarkstruktur des Protons!

4. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Daten

5. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – MINERVA

6. Atlantis Canvas • Ansicht des Ereignisses (Proton-Proton-Kollision) in … • Strahlrichtung • (Querschnitt) • Seitenansicht • Einer Ansicht zur • leichteren räumlichen • Identifizierung der • Kalorimetereinträge

7. Atlantis GUI • Steuerfenster mit: • Steuermenü • Werkzeugleiste • Steuerkarteikarten • Infobildschirm Dateiladen unter Files Quellverzeichnisanzeige Pfeilsteuerung zum Vorwärts- und Rückwärtsspringen in der Ereignisfolge Lupenfunktion zum Vergrößern/Verkleinern Finger drauf! Funktion zum Anklicken von bspw. Spuren im Ereignisbild Fisheye – zum schnellen und geschickten Ansehen von Ereignisspuren Cuts – Festlegen von Schnitten zur Datenauswahl eines Ereignisses: wie beispielsweise dem Schnitt auf pt

8. Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Welche Teilchen/Objekte sollst Du identifizieren können (zur Vorbereitung der Messung)? Elektron/Positron Myon/Antimyon Neutrinos (über Missing ET) Jets

9. Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

10. Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

11. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

12. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 1 Was sehen wir hier? In der Seitenansicht zeigt sich ein Lepton (hellblaue Spur im Spurdetektor, die auf einen hohen transversalen Impuls hinweist, und lediglich Eintraege im elektromagnetischen Kalorimeter Hohe Missing ET (verlorene Energie) – zu sehen im Kasten im Legoplot und damit ein Geisterteilchen (Neutrino) Also haben wir ein Elektron/Positron und ein Neutrino, die aus dem Zerfall eines W Bosons kommen • Signale O la la … viele Spuren! Lasst uns nur die heraussuchen, die einen hohen transversalen Impuls mitbringen Dazu: Cuts-Karteikarte im Steuerkateikarten auswaehlen Unter Pt (Achtung: Haekchen muss davor sein) den Wert auf 10.0 GeV stellen Mit Enter bestaetigen Nun sollte dieses Bild erscheinen … Elektron oder Positron? Markiere die Spur des betreffenden Teilchens in der Seitenansicht Im Infofenster siehst Du Informationen zur nun grau gezeichneten Spur Das Vorzeichen des PT Wertes verraet Dir das Vorzeichen der elektrischen Ladung Hier ist es ein Plus und damit ein Positron Damit hast Du ein Ereignis gefunden

13. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 2 • Signale

14. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

15. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 3 • Signale

16. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 4 • Signale

17. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

18. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 5 ttbar • Untergrund Selbst der Schnitt auf PT=10GeV bringt nicht viel Schauen wir uns die Eigenschaften des Ereignisses an: Hohe Missing ET (86 GeV) – mind. Ein Neutrino EinElektron (Seitenansichtnachunten links) 2. 2 Jets (Seitenansicht: nach oben links und nach unten rechts) mit hohen senkrechten Impulsen Dies ist eine klare Signatur für die Erzeugung eines Top-Antitop-Paars. Das top-Quark ist das schwerste Quark (171 GeV/c2) und zerfällt nach ca. 10-25s stets in ein bottom-Quark und einen W-Boson. Das bottom-Quark bildet einen Jet aus, während das W-Boson entweder leptonisch zerfallen kann (wie unsere Eventbeispiele 1 – 4) oder hadronisch unter Erzeugung weiterer Jets – wie in diesem Ereignis. Beide b-Quarks zerfallen unabhängig!

19. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 6 ttbar • Untergrund Schnitt auf PT=10 GeV Die Jets bei diesem ttbar-Ereignis verlaufen mehr in Vorwärtsrichtung! Dennoch haben wir hier hohe MissingET-Werte und ein Anti-Myon (Seitenansicht nach links oben) Beide Leptonen habenunterschiedlichesVorzeichen in derelektrischenLadung!

20. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 7 ttbar • Untergrund Schnitt auf PT=10 GeV Positron nach unten, Myon nach links unten (in Seitenansicht) HoheMissingET

21. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

22. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 8 • Untergrund Schnitt auf PT=10GeV 1 Elektron (Seitenansicht nach rechts) 1 Positron (Querschnitt und Seitenansicht) Keine Missing ET (Keine Neutrinos) In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen ist. Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

23. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 9 • Untergrund Schnitt auf PT=15GeV 1 Myon (Seitenansicht nach oben) 1 Antimyon (Seitenansicht nach unten) Keine Missing ET (Keine Neutrinos) In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Myon-Antimyon-Paar zerfallen ist. Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

24. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 10 • Untergrund Schnitt auf PT=10GeV 1 Elektron (Seitenansicht nach links) 1 Positron (Seitenansicht nach unten links) Missing ET (Neutrinos) Sieht aus wie ein Z, das in Elektron-Positron-Paar zerfällt. Allerdings gibt es Missing ET. Das Z Boson kann auch in ein Tau-Antitau-Paar zerfallen. Diese Leptonen zerfallen nach 10-12s in beispielsweise die anderen Leptonen (Elektron oder Myon) – nur diese Zerfälle werden hier betrachtet. Unser Tau-Paar zerfiel in ein Elektron-Positron-Paar.

25. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

26. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 11 MET • Untergrund Schnitt auf PT=5GeV Kein Lepton mit hohem PT-Wert Missing ET (Neutrinos) In unserem Daten sind viele Ereignisse, die verlorene Energie enthalten, jedoch kein Lepton mit einem hohen PT-Wert. Diese bezeichnen wir als MET-Untergrund-Ereignisse

27. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 12 JET • Untergrund Mehrere Jets zeigensich in diesemEreignis Viel Missing ET (114 GeV) istauchdabei Definitivkein W-Boson!

28. In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe 30

29. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Test 2 Welche Prozesse liefen in den Kollisionen der 10 folgenden Event Displays ab? Entscheide ob Signal oder Untergrund. Und im Falle eines Signals, ob ein positives oder negatives Lepton dabei war! Lade dazu die Ereignisse aus dem Ordner Test 2 in das Programm MINERVA (Verknüpfung befindet sich auf Deinem Desktop) und analysiere sie! Notiere die Ergebnisse und teile sie Deinem Betreuer mit! 31

30. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse Aufgabe: Bestätige die Quarkstruktur des Protons! Bestimme dazu das Verhaeltnis aus der Anzahl positiv geladener Leptonen und der Anzahl negativ geladener Leptonen, die aus Deinen Signalereignissen kommen! Interpretiere Dein Ergebnis! Warum ist der Wert so? Was würdest Du erwarten? Ablauf/Organisation: Ereignisse in Signal oder Untergrund klassfizieren Von den Signalereignissen feststellen, ob elektronisch oder myonisch und Bestimme bei jedem Signalereignis die elektrische Ladung des sichtbaren Leptons! Strichliste bei mir abgeben Auswertung nach einer kurzen Pause

31. Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse VIEL SPASS!