cms detektor i fizika higgs bozona - fizički odsjekpicek/semistec/puljak_prezentacija2.pdf ·...
Post on 14-Jun-2019
218 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
CMS detektor i fizika Higgs bozonaCMS detektor i fizika Higgs bozona
Ivica PuljakIvica.Puljak@fesb.hr
Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje – SplitCMS kolaboracija, CERN – Ženeva
12. prosinac 2001. Prirodoslovno matematički fakultet - Zagreb
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20012
SadržajSadržajLHC projekt
Large Hadron ColliderDetektori na LHC-uFizika LHC-a
CMS detektor Subdetektori Elektromagnetski kalorimetar CMS-a
• Eksperimentalne aktivnosti u SplituFizika CMS-a
Primjer potrage za Higgs bozonom: simulacija H ZZ* 4e kanala raspada
Simulacija signala i pozadineRekonstrukcija elektrona u CMS detektoruAnaliza rezultata
2
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20013
Prema početkuPrema početku
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20014
10-10 m ≤ 10 eV >300000 Y
10-15 m MeV - GeV
10-16 m >> GeV ≈ 10-6 sec
10-18 m ≈ 100 GeV ≈ 10-10 sec
1900.... Quantum MechanicsAtomic Physics
1940-50 Quantum Electro Dynamics
1950-65 Nuclei, HadronsSymmetries, Field theories
1965-75 Quarks. Gauge theories
1990 LEP 3 families
10-19 m ≈ 103 GeVOrigin of massesThe next step...
≈ 10-12 sec 2005 LHC Higgs ? Supersymmetry ?
1970-83 SPS ElectroWeak Unification, QCD
λ = h / p T ≈ t -1/2
≈ 3 min
10-32 m ≈ 1016 GeV ≈ 10-32 secProton Decay ? Underground Labs GRAND Unified Theories ?
10-35 m ≈ 1019 GeV(Planck scale)
≈ 10-43 sec ?? Quantum Gravity?Superstrings ?
The Origin of theUniverse
1994 Tevatron Top quark
u e+Z
e-u
γe+
e-
γ
ud
cs
tb
eνe
µνµ ντ
τ
6 Quarks
6 Leptons
3 "Colors" each quark G BR
KratKratkka povijesta povijest
3
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20015
• Nove sile (simetrije)• Nove čestice• Super simetrija• Substruktura........
p pH
µ+
µ-
µ+
µ-
Z
Z
p p
e- νe
µ+
µ−
q
q
q
qχ1
-
g~
~
χ20~
q~
χ10~
Slijedeći korakSlijedeći korak• Higgs bozon: tj. pronaći mehanizam odgovoran za spontano narušenje elektroslabe simetrije Standarnog modela
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20016
CERN siteCERN site
4
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20017
Beams Energy Luminosity
e+ e– 200 GeV 1032 cm-2s-1
p p 14 TeV 1034
Pb Pb 1312 TeV 1027
LEP
LHC
The Large The Large Hadron ColliderHadron Collider (LHC)(LHC)
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20018
• L = 1034cm-2 s-1=107 mb-1 Hz• σinel (pp) - 70 mb
→ Frekv. događaja = 7 x 108 Hz
• ∆t = 25 ns = 25 x 10-9 Hz-1
→ Događ./25ns =7 x 2.5 = 17.5
Uvjeti rada (sažetak):1) “Dobar" događaj koji sadrži raspad Higgsa +2) ≈ 20 “loših" (minimum bias) interakcija
• Svi paketi nisu puni (2835/3564)→ Događ./sudaru = 22
σinel (pp) - 70 mb
pp pp udarni presjekudarni presjek & Min Bias& Min Bias
5
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 20019
Sudari naSudari na LHCLHC--uu
Čestice
Proton-Proton 2835 paketa/snopuProtona/snopu 1011
Energija snopa 7 TeV (7x10 12 eV)Luminozitet 1034 cm -2 s -1
Frekvencija sudara paketa
40 MHz
Frekvencija sudara protona
10 7- 109 Hz
Partoni(kuark, gluon)
Proton
Selekcija događaja:1 u 10 000 000 000 000
ll
jetjet
Paketi
SUSY.....
HiggsZo
Zoe+
e+
e-
e-Frekvencija “nove fizike” .00001 Hz
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200110
All charged tracks with pt > 2 GeV
Reconstructed tracks with pt > 25 GeV
(+30 minimum bias events)
Raspad Higgs bozona u 4 mionaRaspad Higgs bozona u 4 miona
6
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200111
Izazovi na LHC-u:- Detektori- Eksperimenti- Selekcija događaja
Slijedeći korak u hadSlijedeći korak u hadrronskim sudarimaonskim sudarima
U slijedećoj generaciji sudarača potrebna potraga za masivnim objektima preko širokog masenog područja.
Sudarači hadrona mogu omogućiti fiziku na visokim energijama na nivou partona i na visokom luminozitetu, aliuz “žrtvovanje” čistih eksperimentalnih uvjeta.
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200112
DDetektori naetektori na LHCLHC--uu
Centralni detektor• pT
• Pozicija em. pljuska • Topologija• Verteks
Elektromagnetski i hadronski kalorimetri• Identifikacija čestica (e, γ, snopovi, energija koja nedostaje)T
• Mjerenje energije
Svaki sloj identificira čestice stvorene u sudaru i omogućujemjerenje njihove energije ili količine gibanja
µ
n
p
γ
Teški materijali
ν
Teški materijali(čelik ili bakar + aktivni materijal)
e
Materijali s velikim brojemprotona + aktivni materijal
Lagani materijali
Detektor miona• identifikacija miona
Hermetička kalorimetrija• Mjerenje energije koja nedostaje
7
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200113
ATLAS A Toroidal LHC ApparatuS
µ
CMS Compact Muon Solenoid
µ
pp epp eksksperimentperimenti na LHCi na LHC--uu
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200114
The ALICE Collaboration proposes to build a dedicated heavy-ion detector to study the physics of strongly interacting matter at extreme energy densities, where the formation of a new phase of matter, the quark-gluon plasma, is expected.
ALICE A Large Ion Collider Experiment
LHCb (Study of CP violation in B-meso
decays at the LHC collider)
Eksperimenti za teške iEksperimenti za teške ioone i B fiziku na LHCne i B fiziku na LHC--uu
8
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200115
Fizika na LHCFizika na LHC--uuproton-proton sudari:
Potraga za Higgs bozonom u SM-u do oko 1 TeV,Potraga za Higgs bozonima u SUSY (h0, H0, A0, H±),Potraga za skvarkovima i gluinima do oko 2,0 TeV,Potraga za sleptonima, charginima, neutralinima do oko 0,3 TeV,Potraga za novim bozonima: W’, Z’ do oko 4,5 TeV,Alternativni mehanizmi lomljenja elektroslabe simetrije,Detaljna istraživanja top fizike,Testovi QCD-a,Testovi konstanti vezanja,CP narušenje u B sektoru,Mjerenje totalnog udarnog presjekaPotraga za dodatnim dimenzijama
Fizika teških iona: od O-O do Pb-PbPotraga za quark-gluon plazmom
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200116
Udarni presjeci na LHCUdarni presjeci na LHC--uu
9
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200117
The Compact Muon Solenoid (CMS)The Compact Muon Solenoid (CMS)
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200118
MUON BARREL
CALORIMETERS
Silicon MicrostripsPixels
ECALScintillating PbWO4Crystals
Cathode Strip Chambers (CSC)Resistive Plate Chambers (RPC)
Drift TubeChambers (DT)
Resistive PlateChambers (RPC)
SUPERCONDUCTINGCOIL
IRON YOKE
TRACKERs
MUONENDCAPS
Total weight : 12,500 tOverall diameter : 15 mOverall length : 21.6 mMagnetic field : 4 Tesla
HCALPlastic scintillatorcoppersandwich
The Compact The Compact MuonMuon SolenoidSolenoid
10
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200119
Izazovi na LHCIzazovi na LHC--uuBroj elektroničkih kanala u detektoru – O(107)
Potreba za velikim brojem međuspojeva20 sudara svakih 25 ns
Potreba za velikim protokom informacijaInformacije iz subdetektora trebaju odgovarati jedne drugima
Potreba za sinhronizacijom elemenata detektora svakih 25 nsU nekim slučajevima vrijeme leta > 25 ns
Potreba za identifikacijom sudara paketaMaksimalna frekvencija spremanja podataka – 100 Hz
Odbacivanje većine interakcijaRadi se “on-line” (nemoguće “se vratiti” i ponovo razmotriti događaj)
Potreba za nadziranje selekcije
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200120
Detektor Broj kanala Senzori1) Verteks 80000000 Pikseli2) Tracker 16000000 Silicijske mikropruge3) Preshower 512000 Silicij4) Kalorimetri 125000 ECAL scintilacijski PbWO4 kristali
HCAL plastični scintilatori, bakreni “sandwitch”5) Mionski 1000000 Drift Tube Chambers (DT)
Cathode Strip Chambers (CSC)Resistive Plate Chambers (RPC)
1243
5
CMSCMS –– rrazličiti poglediazličiti pogledi
11
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200121
Triger/DAQTriger/DAQZadatak:Pogledati (skoro) sve p-p sudare, te odabrati samo interesantne. Zatim sakupiti podatke iz svih detektora i spremiti ih za off-line analizu.P.S. Za razumnu količinu CHF.
T( ) → prihvatitiodbaciti
Trigger je funkcija
Budući da svi podaci iz svih detektora nisu odmah dostupni i funkcija je vrlo kompleksna, T(...) se izračunava u nekoliko koraka koji se zovu TRIGER RAZINE.
Događaja & detektora & fizikalnih kanala & parametara
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200122
Triger razine u CMSTriger razine u CMS--uuFrekvencija sudara 109 Hz
Razina - 1selekcija događaja 105 Hz
Identifikacija čestica (e, µ velikog pT, mlazovi, nedostajuća energija)
Razina - 2 selekcija događaja 103 Hz
Rekonstrukcije događaja (raspad Z, W, ...)
Razina – 3događaji se zapisuju, 10 – 100 Hz
Identifikacija fizikalnih događaja
12
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200123
Tehnološki trendovi (Mooreov zakon)Tehnološki trendovi (Mooreov zakon)
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200124
Superkompjuteri danasSuperkompjuteri danas
Preuzeto sa: http://now.cs.berkley.edu
13
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200125
Elektromagnetski kalorimetar CMSElektromagnetski kalorimetar CMS--aa
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200126
Elektromagnetski kalorimetar CMSElektromagnetski kalorimetar CMS--aa
PbWO4 crystal
Elektromagnetski kalorimetar (ECAL)
Lavinska fododioda (APD)
14
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200127
Eksperimentalna mjerenja u SplituEksperimentalna mjerenja u SplituIzgrađen je sustav za mjerenje inverzne struje 10 lavinskih fotodioda (APD) istovremeno uz praćenje temperature, tijekom godine dana ili duže.Gradi se sustav za mjerenje odziva APD-ova na pulsno svijetlo s kontrolom temperature.
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200128
Uniformnost APDUniformnost APD--a: rezultatia: rezultati
15
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200129
H → τ → e + τjet("3-prong")
p pH
e+
τ−
τ+
νe
ντ
ντ
π−
π+π−
SUSY event with3 leptons + 2 Jets signature
p p
e- νe
µ+
µ−
qq χ1
-
g~
~
χ20~
q~
χ10~
χ10~
π—
π+
p p
µ—
B0Zb
µ— µ+
jet
b
SUSY Higgs bosons. In the MSSM there are 5 Higgs bosons: h0, H0, A0 and H±
decaying through a variety of decay modes to γ, e±, µ±, τ± and jets in final states. Above: an example of a SUSY Higgs decay to τ τ in CMS. On the right is the reconstructed ττ mass spectrum
Sparticles. Production of sparticles may reveal itself though some spectacular kinematical spectra, with a pronounced "edge" in the , +, – mass spectrum reflecting χ2
0 → , +, – χ1o production and decay. An
example of such a spectrum in inclusive , +, – + Et
miss and of a 3 , ± production event are shown below
The decay B0 or B0 → J/ψ K0S presents a very
clean experimental signature. The particle content (B0 or B0 meson) that gave the decay can be determined from a muon from the second b-flavored hadron in the event. An asymmetry in the two rates (B0 vs B0) would signal CP violation. This would be the first tim that CP violation is observed outside the neutral kaon system
CMS CMS fizikafizika: B & S: B & Supersimetrijaupersimetrija
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200130
Potraga za Higgs bozonomPotraga za Higgs bozonom
Direktna potraga, LEP II: nagovještaj(3 σ više događaja signala od pozadine)Higgs bozon na LHC-u
Potvrditi postojanje Higgs bozona od 115 GeV ili Pronaći Higgs bozon do mase od 1 TeV
Trenutno: potraga na Tevatronu
Teorijska ograničenja Indirektna potraga
GeV115=Hm
0
2
4
6
10 102
103
mH [GeV]
∆χ2
Excluded Preliminary
∆αhad =∆α(5)
0.02804A0.000650.02755A0.00046
theory uncertainty
16
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200131
Produkcija i raspad Higgs bozonaProdukcija i raspad Higgs bozona
Oko 2 000 000 Higgs bozona s massom biti će proizvedeno na LHC-u za 105 pb–1
(1 godina rada na nominalnom luminozitetu)BR(H ZZ*) u tom području ≈ 2 – 10 %BR(Z ee)2 = 3,4%2 = 0,11%Očekuje se oko 40 do 200 događaja H ZZ* 4e za 105 pb-1
σ(pp5 H+X) MpbNRs = 14 TeVMt = 175 GeVCTEQ4M
gg5 H
qq5 Hqqqq_'5 HW
qq_5 HZ
gg,qq_5 Htt
_
gg,qq_5 Hbb
_
MH [GeV]
0 200 400 600 800 100010
-4
10-3
10-2
10-1
1
10
10 2
( ) GeV180,130∈Hm
BR(H)
bb_
τ+τ−
cc_
gg
WW
ZZ
tt-
γγ Zγ
MH [GeV]50 100 200 500 1000
10-3
10-2
10-1
1
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200132
Fizika Higgs bozona na CMSFizika Higgs bozona na CMS--uu
MHiggs= 100 GeV
p pH
µ+
µ-
µ+
µ-
Z
Z
MHiggs= 150 GeV
p pH
jet jet
e+
e-
Z
Z
MHiggs= 800 GeV
p p
γ
γ
H
Higgs to 2 photons (MH< 140 GeV) . H0 → γγ is the most promising channel if MH is in the range 80 – 140 GeV. The high performance PbWO4 crystal electromagnetic calorimeter in CMS has been optimized for this search. The γγ mass resolution at Mγγ ~ 100 GeV is better than 1%, resulting in a S/B of -1/20
Higgs to 4 leptons (140 < MH< 700 GeV). In the MH range 130 - 700 GeV the most promising channel is H0 → ZZ*→ 2, + 2, – or H0 → ZZ → 2, + 2, – . The detection relies on the excellent performance of the muon chambers, the tracker and the electromagnetic calorimeter. For MH Š 170 GeV a mass resolution of ~1 GeV should be achieved with the combination of the 4 Tesla magnetic field and the high resolution of the crystal calorimeter
Higgs to 2 leptons+2 jets (MH > 500 GeV). For the highest MH, in the range 0.5 - 1 TeV, the promising channels for one year at high luminosity are H0 → ZZ → , + , – νν, H0 → ZZ → , +
, – jj and H0 → W+ W- → , ± ν jj . Detection relies on leptons, jets and missing transverse energy (Et
miss), for which the hadronic calorimeter (HCAL) performance is very important
17
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200133
HH ZZ*ZZ* 4e: pozadina4e: pozadinaGlavni pozadinski procesi
• tzv. ireducibilna pozadina: kinematičke karakteristike slične signalu• jedina bitna razlika: ravna razdioba invarijante mase 4 elektrona• Nakon preselekcije: oko 270 očekivanih događaja za 105 pb-1
• Nakon preselekcije: oko 2700 očekivanih događaja za 105 pb-1
• Glavne karakteristike: “mekši” elektroni, nepostojanje Z i Z* u međustanju, neizolirani elektroni
• Nakon preselekcije: oko 2000 očekivanih događaja za 105 pb-1
• Glavne karakteristike: “mekši” elektroni, nepostojanje Z* u međustanju, barem 2 neizolirana elektrona
eZZ 4** →γ
ett 4→
ebZb 4→
ee
e
e e
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200134
Monte Carlo simulacijeMonte Carlo simulacijeMonte Carlo Monte Carlo simulacijesimulacije::• fizikalnih procesa
produkcija čestica u p-p sudaru, raspad, hadronizacija, početnii konačni pljusak čestica ...software: PYTHIA, ISAJET, HERWIG, CompHEP, PHOTOS
• interakcija čestica s materijalima u detektorusoftware: GEANT
koriste se za:
• dizajn i optimiziranje detektora,
• razvoj algoritama za rekonstrukciju fizikalnih objekata (elektron, foton, mion, snop čestica …) u detektoru
• provjeru experimentalnih rezultatakada detektor započne s radom
18
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200135
Proces simulacijeProces simulacije
Čestice u konačnom stanju
H→ZZ*→4e signal i pozadinski procesi
(PYTHIA)
Npr. simulacija odzivaelektromagnetskog kalorimetra
(GEANT)
Npr. rekonstrukcija elektrona koristeći specijalno razvijene
algoritme(posebno razvijen software)
Odziv svakog elementa detektora
Simulacijafizikalnih događaja
Simulacijadetektora
Rekonstrukcija događaja
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200136
Simulacija fizikalnih događajaSimulacija fizikalnih događajaUdarni presjeci i omjeri grananja: najnoviji teorijski proračuninajnoviji teorijski proračuni(uključuju korekcije viših redova)
Topologija čestica u konačnom stanju: Monte Carlo Monte Carlo generatorigeneratori
Usporedba rezultata s drugim teorijskim modelima: PYTHIA: parton shower model, ResBos: resumacija
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
gg → H + X at LHCmH = 150 GeV, CTEQ4M, √s = 14 TeV
ResBos 98.07.14
pT (GeV)
dσ/d
p T (p
b/G
eV)
PYTHIA 5.7 defaultPYTHIA 6.122 defaultPYTHIA 6.122 Q2 max=s
19
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200137
Simulacija odziva detektoraSimulacija odziva detektora“Softverska” konstrukcija detektora s kompletnom geometrijom i svim poznatim (relevantnim) detektorskim efektima(magnetsko polje, interakcije čestica s materijom, elektromagnetski pljusak čestica, …)
pljusak čestica u elektromagnetskom kalorimetru
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200138
Rekonstrukcija dogaRekonstrukcija događđajaaja
Primjer: rekonstrukcija elektrona• Rekonstrukcija tragova u unutarnjem detektoru tragova
• Rekonstrukcija nakupina kristala u elektromagnetskom kalorimetru
• Spajanje tragova i nakupina, te procjena količine gibanja elektrona kombinirajući sva dostupna mjerenja
Problem: materijal u detektoru tragova ⇒ bremsstrahlung!Razvijeni algoritmi za rekonstrukciju elektrona uzimajući u obzir specifične detektorske efekte (bremsstrahlung u materijalu detektora tragova,geometrijski efekti, magnetsko polje …)
Potpuna migracija na nove tehnologijeObjekto programiranje i C++, objektne baze podataka, novi alati za analizu podataka - ROOT ...
elektron nakonbremsstrahlunga
elektron bez bremsstrahlunga
foton
x
y
B
ECAL
TRACKER
20
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200139
Rekonstrukcija tragovaRekonstrukcija tragovaZahtjevi za rekonstrukciju tragova elektrona:
• velika efikasnost
• izvrsna preciznost
10 GeV (< > = 84,3%) ε
| |η
efik
asno
st r
ekon
stru
kcije
tra
gova
ele
ktro
na
30 GeV (< > = 88,3%) ε
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200140
Rekonstrukcija u ECALRekonstrukcija u ECAL--uuIdentificirati nakupinu (cluster) kristala u kojima je elektron/foton ostavio svoju energiju i procijeniti tu energijuZahtjevi na algoritam za traženje nakupina:
Nakupina što manja da se smanji utjecaj šumaSposobnost razlikovanja bliskih česticaAlgoritam što fleksibilniji
Razvijen posebni dinamički algoritamdinamički algoritam koji Procjenjuje energiju uzimajući u obzir predviđanje deponirane energije u kristalima. Omogućuje smanjivanje efekta bremsstrahlunga
φ φ
η
φφ
η η
21
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200141
Razlikovanje signala od pozadine Razlikovanje signala od pozadine (H(H ZZ*ZZ* 4e4e) ) -- 11
Rezovi na poprečnu količinu gibanja
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 50 100 150pT of 1. electron (GeV)
mH = 150 GeVZZ* bckgdtt± bckgd
Zbb± bckgd
0.02
0.04
0.06
0 20 40 60 80 100pT of 2. electron (GeV)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0 20 40 60pT of 3. electron (GeV)
0.1
0.2
0.3
0 10 20 30 40 50pT of 4. electron (GeV)
0
0
GeV7
GeV10
GeV15
GeV20
4
3
2
1
>
>
>
>
eT
eT
eT
eT
p
p
p
p
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200142
Razlikovanje signala od pozadine Razlikovanje signala od pozadine (H(H ZZ*ZZ* 4e4e) ) -- 22
Rez na masu Z bozona
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110m12 (GeV)
mH = 150 GeVZZ* bckgdtt± bckgd
Zbb± bckgd
0
GeV6m GeV13e
+<<− −+ ZeZ MM
22
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200143
Razlikovanje signala od pozadine Razlikovanje signala od pozadine (H(H ZZ*ZZ* 4e4e) ) -- 33
Rez na masu Z* bozona
GeV80m GeV15e
<< −+e
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100m34 (GeV)
mH = 150 GeVZZ* bckgdtt± bckgd
Zbb±
bckgd
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200144
Razlikovanje signala od pozadine Razlikovanje signala od pozadine (H(H ZZ*ZZ* 4e4e) ) -- 44
Izolacijapromatramo nabijene čestice oko elektrona
Elektron je izoliran ako oko njega nema niti jednog nabijenog traga s pT > 2,5 GeV u konusu 2,022 =∆+∆= ϕηR
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0.5 1 1.5 2 2.5 3
R = 0.1
R = 0.2
R = 0.3
signal (mH = 150 GeV)
pT max (GeV)
acce
ptan
ce
10-4
10-3
10-2
10-1
1
0.5 1 1.5 2 2.5 3
tt pozadina
pT max (GeV)
acce
ptan
ce
23
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200145
Razlikovanje signala od pozadine Razlikovanje signala od pozadine (H(H ZZ*ZZ* 4e4e) ) -- 55
Rezultat rezova na nivou generatora događaja (akceptance, relativno s obzirom na preselekciju)
Bez nabijenih tragova s pT>2,5 GeV u konusu R=0,2
MZ-13 GeV < mee< MZ+6 GeV15 < mee<80 GeVpT>20,15,10,7
GeV
0,0180,0670,900,380,77Zbb
0,00550,0140,700,640,87tt
0,63 (0,54)0,95 (0,81)0,910,810,91ZZ*/γ*
0,84 (0,71)0,94 (0,80)0,940,960,99mH = 170 GeV
0,80 (0,67)0,94 (0,800,910,950,98mH = 150 GeV
0,64 (0,55)0,93 (0,80)0,820,900,94mH = 130 GeV
Acc. Tot.
IzolacijaMZMZ*pT elektrona
Rez
• Brojevi u zagradama odgovaraju visokom luminozitetu
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200146
HH ZZ*ZZ* 4e: rezultati (1)4e: rezultati (1)Invarijantna masa 4 elektrona(na nivou MC generatora)
Signal: Breit-Wigner + internal bremsstrahlungPozadina: ravna distribucijaZahtjev za što boljom rezolucijomu mjerenju količine gibanja elektrona
Rekonstrukcija mase Higgs bozonakoristeći razvijene algoritme
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
ZZ*ttZbbsignal
m4e (GeV)
dσ/d
m (f
b/2
GeV
)
0102030405060708090
140 160 180 200
EntriesMeanRMS
551 165.4 7.541
7.152 / 6Constant 82.21 5.870Mean 168.7 0.1165Sigma 1.784 0.1094
m4e (GeV)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
120 140 160 180
EntriesMeanRMS
472 146.8 5.176
8.395 / 5Constant 82.44 6.114Mean 148.8 0.1081Sigma 1.553 0.9858E-01
m4e (GeV)
0102030405060708090
100 120 140 160
EntriesMeanRMS
390 127.6 4.103
5.547 / 3Constant 81.33 6.765Mean 129.1 0.9451E-01Sigma 1.293 0.9021E-01
m4e (GeV)
24
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200147
HH ZZ*ZZ* 4e: rezultati (2)4e: rezultati (2)Broj događaja i signifikantnost
10-1
1
10
10 2
10 3
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
m4e (GeV)
Num
ber o
f eve
nts f
or 1
05 pb-1
tt
Zbb
signal
ZZ*
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
mH (GeV)
Sign
ifica
nce
L = 105 pb-1
L = 104 pb-1
Moguća poboljšanja:
Poboljšanje efikasnosti nalaženja tragova (ovdje 64% za 4 el.)
Potraga za fotonima izračenim internim bremsstrahlungom
Uključivanjem miona, broj događaja poraste oko 4 puta, a signifikantnost za faktor 2
Ivica Puljak , FESB – Split, CMS kolaboracija – CERN PMF - Zagreb, 12. 12. 200148
ZaključakZaključak
LHC će započeti sa radom 2006. godine zajedno sa svojim detektorima.CMS detektor je trenutno u fazi izvedbe. Većina narudžbi prema industriji je već obavljena i dijelovi detektora već konstruirani.CMS će pronaći Higgs bozon do mase od 1 TeV, ili potvrditi indikaciju LEP II za Higgs bozon od 115 GeV.Kroz H ZZ* 4e kanal Higgs bozon će se naći na CMS-u, ako mu je masa između 125 GeV i 2 MZ.Očekuje nas vrlo zanimljiva fizika na LHC-u.
top related