1

Yüksek Enerji FiziğindeNasıl Analiz Yapılır?

Üzerine bir çeşitleme…

V. Erkcan ÖzcanUniversity College London

22 Kasım 2007

CERNTR toplantısı

2

Özet

• Amaç: Olabildiğince kısa bir zamanda bir “keşif” analizinin nasıl yapıldığını anlatmak.– Model ve Jeneratör (Üretici)– Simulasyon ve Olaylar– Analiz– Anlamlılık/Değerlilik (Significance) ve

Sistematik hatalar– Sunum ve makaleler…

3

Bu Sunum Ne Değil?

• “Keşif” analizi – “Hassas ölçüm” degil.• Özellikle “çarpıştırıcı fiziği” ağırlıklı. • Slaytlar bütün adımları, detayları

göstermiyorlar, sadece tartışmayı yönlendirmek amacı taşıyorlar.– Soru sormak zaruri…– Tarzanca icin özür diliyorum…

4

Model / İmza Secimi• Ilginç bir fizik modeli

– Bildiklerimiz neler?– Bilmediklerimiz ne olabilir?

• Deneyci olarak modeli ne kadar detaylı anlamalıyım?– Öğrenci perspektifi, post-öğrenci perspektifi

• “Popüler” mi, “beklenmedik” mi?– Öğrenci perspektifi, post-öğrenci perspektifi

• Model mi? İmza mi?• Örnek: Fourth Sequential Family within the context of

“Flavor democracy”.– İmza: Standard Model’dekileriden daha ağır lepton ve quarklar.

5

Jeneratör Seviyesi

• Acaba modelimizin imzasini makinamizin enerjisinde görebilir miyiz?– Birden fazla imzasi, kanali varsa hangisini?

• Sinyalin ve backgroundun (taban sayımı) tesir kesitleri neler?

• Kinematik değişkenler– Detektör, tetikleyici…

jjWWqqpp 44

6

Jeneratörler Parton Düzeyi

• Matris elemanlarının hesabı– Model Lagrangian’ini girmek

• Bilinmeyen parametreler?– Kaç vertex istiyoruz?– Leading-order mi? Next-to-leading order mi?– Parton dağılım fonksiyonları– QCD skalası– Kinematik gereklilikler

• Bütün bunları nasıl giriyoruz?– Kod yazabiliriz (genellikle Fortran)– Grafik girdi yapılabilir– “Input card” yazabiliriz

7

Madgraph girdisi(Input Card örneği)

##********************************************************************## Number of events and rnd seed *##********************************************************************# 25000 = nevents ! Number of unweighted events requested # 0 = iseed ! rnd seed (0=assigned automatically=default))##********************************************************************## Collider type and energy *##********************************************************************# 1 = lpp1 ! beam 1 type# 1 = lpp2 ! beam 2 type# 7000 = ebeam1 ! beam 1 energy in GeV# 7000 = ebeam2 ! beam 2 energy in GeV##********************************************************************## PDF CHOICE: this automatically fixes also alpha_s and its evol. *##********************************************************************# 'cteq6l1' = pdlabel ! PDF set ##********************************************************************## Renormalization and factorization scales *##********************************************************************# T = fixed_ren_scale ! if .true. use fixed ren scale# T = fixed_fac_scale ! if .true. use fixed fac scale# 500 = scale ! fixed ren scale# 500 = dsqrt_q2fact1 ! fixed fact scale for pdf1# 500 = dsqrt_q2fact2 ! fixed fact scale for pdf2##********************************************************************## Minimum pt's *##********************************************************************# 20 = ptj ! minimum pt for the jets # 0 = ptb ! minimum pt for the b # 10 = pta ! minimum pt for the photons # 10 = ptl ! minimum pt for the charged leptons ##********************************************************************## Maximum rapidity *##********************************************************************# 2.5 = etaj ! max rap for the jets # 1d2 = etab ! max rap for the b # 2.5 = etaa ! max rap for the photons # 2.5 = etal ! max rap for the charged leptons ##********************************************************************## Minimum DeltaR distance *##********************************************************************# 0.4 = drjj ! distance between jets

8

Feynman Diyagramları(CompHep çıktısı)

(1) Diyagramları üret (2) Hesapla

9

Sinyal

• CompHEP v4.4.3, 250, 500, 750 GeV.– CTEQ 6L1 pdf

• 250 GeV için tesir kesiti çok yüksek…– Tevatron görmüş olabilir mi?– Tevatron icin tesir kesidi ~1pb.– CDF alt limiti 256 GeV.

Md4 (GeV) 250 500 750

(MeV) 0.01 0.08 0.28 (pb) 99.8 2.59 0.25

10

MadGraph çıktısı

11

Taban Sayımı (Background)• MadGraph (v3.95)

pp > w+w-bb~ ~413 pbpp > w+w-jj (j=u,d,s,c) ~14 pbpp > w+w-bb~j (j=u,d,s,c) ~379 pbpp > w+zjj (j=u,d,s,c) ~6 pbpp > w-zjj (j=u,d,s,c) ~3.5 pb

• w+w+ ve w-w- içerenler: <1pb.• Toplamını nasıl çıkaracağız?

– MLM eşleştirmesi vs.• Yapabilir miyiz? (Sinyal 2.6 pb!) Yaparız herhalde…

12

Event (Olay) hazırlamak

• Hadronizasyon, fragmantasyon, parçacıkların bozunması vs. vs.

• Detektör (algıç) simulasyonu (benzetim)– GEANT, dijitizasyon, reconstruction– Hizli simulasyon (FAMOS, ATLFast, PGS)

• Sonuç:– Detektörde göreceklerimizin listesi (“ölçülmüş”

momentumlar, enerjiler, parçacık cinsleri vs.)

13

Analiz 1 – Kinematik Değişkenler

Olaydaki iki W bozonundan birisini lepton kanalında arıyoruz. “Kayıp” Px, Py değerlerini detektörümüzün göremediği nötrinoya atfediyoruz.

Histogramlar 1fb-1’lik toplam dataya normalize edilmiş.

14

Analiz 2 – Reconstruction

W bozonunun kütlesi, olaydaki 3. ve 4. en yüksek PT’li jetin 4-momentumlarının toplamından.

Histogramlar birim alana normalize edilmiş.

15

Analiz 3 - Background’u azaltmak

16

Analiz 4 – Son değişkenler

17

Anlamlılık (Significance)

• • • • Fit, likelihood…

• Anlalılığın en az 5 olması için gerekli data miktarı (integrated-lumi)…

BS /

BS /BSS /

)(2 BBS

18

Sunumlar / Makale

• Analizle ilgili alt gruplarda düzenli sunumlar

• Konferans sunumları• “Collaboration” içi notlar (Communication

notes)• Pre-print arXiv => Dergi seçimi…• Bu sunumdaki örnek analizin detayları:

ATL-PHYS-PUB-2007-018