Fizyka do przodu Część 2: przegląd wyników z CMS



Podobne dokumenty
Fizyka do przodu w zderzeniach proton-proton

1. Wcześniejsze eksperymenty 2. Podstawowe pojęcia 3. Przypomnienie budowy detektora ATLAS 4. Rozpady bozonów W i Z 5. Tło 6. Detekcja sygnału 7.

r. akad. 2008/2009 V. Precyzyjne testy Modelu Standardowego w LEP, TeVatronie i LHC

Jak to działa: poszukiwanie bozonu Higgsa w eksperymencie CMS. Tomasz Früboes

Oddziaływania elektrosłabe

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Wyznaczanie efektywności mionowego układu wyzwalania w CMS metodą Tag & Probe

Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV

Marcin Kucharczyk Zakład XVII

Poszukiwania bozonu Higgsa w rozpadzie na dwa leptony τ w eksperymencie CMS

Algorytmy rekonstrukcji dżetów w CMS

LEPTON TAU : jako taki, oraz zastosowania. w niskich i wysokich energiach. Zbigniew Wąs

Cząstki elementarne i ich oddziaływania III

Struktura porotonu cd.

Poszukiwany: bozon Higgsa

Badanie właściwości przypadków produkcji dżet-przerwa w rapidity-dżet na Wielkim Zderzaczu Hadronów

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład V. spin protonu struktura fotonu

Wszechświat czastek elementarnych

DYFRAKCJA W ODDZIAŁYWANIACH e-p NA AKCELRATORZE HERA

Obserwacja Nowej Cząstki o Masie 125 GeV

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Korekcja energii dżetów w eksperymencie CMS

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Marek Kowalski

WINHAC++ Obiektowy generator Monte Carlo do modelowania produkcji bozonów W w LHC. Kamil Sobol

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Pakiet ROOT. prosty generator Monte Carlo. Maciej Trzebiński. Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauki

Bozon Higgsa oraz SUSY

Wykorzystanie symetrii przy pomiarze rozkładu kąta rozproszenia w procesie pp pp

Wszechświat czastek elementarnych

Czego już dowiedzieliśmy się dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów LHC

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności

Wszechświat czastek elementarnych

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Theory Polish (Poland)

Atmosfera ziemska w obserwacjach promieni kosmicznych najwyższych energii. Jan Pękala Instytut Fizyki Jądrowej PAN

Compact Muon Solenoid

Jak działają detektory. Julia Hoffman# Southern Methodist University# Instytut Problemów Jądrowych

Artur Kalinowski WYBRANE ASPEKTY POSZUKIWA BOZONU HIGGSA Z MODELU STANDARDOWEGO W ZDERZENIACH PROTON PROTON W EKSPERYMENCIE CMS PRZY LHC

Fizyka do przodu: AFP, ALFA Janusz Chwastowski

Fizyka 15 lat eksperymentów H1 i ZEUS na akceleratorze HERA (2): stany hadronowe

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV. rekonstrukcja przypadków NC DIS wyznaczanie funkcji struktury.

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 03/03/2017, Kraków

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Eksperyment CMS w oczekiwaniu na wiązkę: plany poszukiwania Nowej Fizyki. Część 2

th- Zakład Zastosowań Metod Obliczeniowych (ZZMO)

Zespół Zakładów Fizyki Jądrowej

Pierwsze dwa lata LHC

Zagraj w naukę! Spotkanie 5 Obecny stan wiedzy. Maciej Trzebiński. Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk

LHC: program fizyczny

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 11/04/2018, Kraków

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wstęp do oddziaływań hadronów

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład III

Pomiar rozpadów Dalitz Hiperonów za pomocą spektrometrów HADES oraz PANDA. Jacek Biernat

Produkcja dżetów do przodu w głęboko nieelastycznym rozpraszaniu ep na akceleratorze HERA

Zderzenia relatywistyczne

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Detekcja cząstek

Eksperyment CMS w oczekiwaniu na wiązki: plany poszukiwania Nowej Fizyki. Część 1

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Dynamika relatywistyczna

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Rozszyfrowywanie struktury protonu

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Po co nam CERN? Po co nam LHC? Piotr Traczyk

Promieniowanie kosmiczne składa się głównie z protonów, z niewielką. domieszką cięższych jąder. Przechodząc przez atmosferę cząstki

Salam,Weinberg (W/Z) t Hooft, Veltman 1999 (renomalizowalność( renomalizowalność)

Badanie wysokoenergetycznych mionów kosmicznych w detektorze ICARUS.

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Tomasz Bołd. System filtracji przypadków eksperymentu ATLAS. Czyli o szukaniu igły w stogu siana.

Oddziaływanie cząstek z materią

Neutrina. Źródła neutrin: NATURALNE Wielki Wybuch gwiazdy atmosfera Ziemska skorupa Ziemska

Fizyka B pośrednie poszukiwanie Nowej Fizyki

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

Wszechświat czastek elementarnych

Akceleratory Cząstek

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie. 0 k. z L 0 k. L 0 k

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Wszechświat czastek elementarnych

Wstęp do Modelu Standardowego

Oddziaływania podstawowe

Bardzo rzadki rozpad został zaobserwowany przez CMS

Optymalizacja kryteriów selekcji dla rozpadu Λ+c pμ+μza pomocą wielowymiarowej analizy danych

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie T. 0 k. z L 0 k. L 0 k

Obserwacja kandydata na bozon Higgsa przez eksperymenty ATLAS i CMS

Motywacja do dokładnego wyznaczania elementów macierzy Cabbibo-Kobayashi-Maskawy ( )

kwantowanie: Wskazówka do wyprowadzenia (plus p. Gaussa) ds ds Wykład VII: Schrodinger Klein Gordon, J. Gluza

Identyfikacja cząstek

Boska cząstka odkryta?

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

Wszechświat czastek elementarnych Detekcja czastek

Wszechświat czastek elementarnych Detekcja czastek

Fizyka cząstek elementarnych

Transkrypt:

Fizyka do przodu Część 2: przegląd wyników z CMS Grzegorz Brona Seminarium Fizyki Wielkich Energii Warszawa, 23.03.2012

Do przodu czyli gdzie? Fizyka do przodu = Zjawiska obserwowane pod małym kątem θ Fizyka dużych pospieszności: lub pseudopospieszności: η można mierzyć nawet bez znajomości pędu i masy 1

Dlaczego do przodu? obszar centralny obszar do przodu 2 Istotna część informacji o oddziaływaniu nieelastycznym Informacja o oddziaływaniach dyfrakcyjnych Wybór przypadków z ekskluzywną produkcją Pomiar oddziaływań elastycznych całkowity przekrój czynny Zjawiska związane z fizyką low-x

Oddziaływanie pp 3 Dwa zderzające się protony: dystrybucje partonów (PDF) za T. Sjöstrand, Theory of Hadronic Collisions

Oddziaływanie pp 4 Oddziaływanie twarde: element macierzowy + rozpady rezonansów za T. Sjöstrand, Theory of Hadronic Collisions

Oddziaływanie pp 5 Radiacja ze stanów początkowych (ISR) za T. Sjöstrand, Theory of Hadronic Collisions

Oddziaływanie pp 6 Radiacja ze stanów końcowych (FSR) za T. Sjöstrand, Theory of Hadronic Collisions

Oddziaływanie pp 7 Oddziaływania wielopartonowe (MPI) twarde lub miękkie + ich ISR i FSR (Oraz pozostałości protonów) za T. Sjöstrand, Theory of Hadronic Collisions

Oddziaływanie pp Z zasad pierwszych oddziaływanie twarde Reszta to modele (parametry) underlying event (UE) Istotność MPI rośnie ze skalą wzrost gęstości partonów W obszarze do przodu najwyższe depozyty energii duża czułość Modele wielkich kaskad atmosferycznych QGSJET, SIBYLL, EPOS 8

Sygnatury oddziaływań dyfrakcyjnych η 9 Rospraszanie elastyczne (ES) Brak aktywności w obszarze centalnym i do przodu oprócz... Dwóch protonów b. do przodu Pojedyńcza dysocjacja dyfrakcyjna (SD) Wysoka aktywność po jednej stronie detektora Brak aktywności po drugiej oprócz... η Protonu b. do przodu Podwójna dysocjacja dyfrakcyjna (DD) Wysoka aktywność po obu stronach Brak aktywności w centrum η (rapidity gap)

Sygnatury oddziaływań dyfrakcyjnych η 10 Centralna dyfrakcja (CD) Aktywność w centrum Brak aktywności do przodu oprócz Dwóch protonów b. do przodu Wymiana wielu pomeronów (MPE) Kilka obszarów aktywnych Kilka obszarów rapidity gap η Produkcja centralna (CP) Podobne do CD Również fotoprodukcja

Sygnatury oddziaływań dyfrakcyjnych Oddziaływanie twarde (skala ustalona np. przez dżety) Dyfrakcyjne rozkłady partonów Złamanie faktoryzacji 11

Ekskluzywna produkcja 12 Ekskluzywna produkcja centralna (CEP): - produkcja centralna (CP) - z dobrze ustalonym stanem centralnym Produkcja ϒ Bezpośrednia rekonstrukcja stanu centralnego albo (i)... Dokładny pomiar protonów Proces czuły na GPD (generalized parton distribution) LHC pozwala rozszerzyć zakres dostępnych zmiennych kinematycznych (cms γp en.) x3-4

Ekskluzywna produkcja 13 Produkcja par leptonów LHC jako zderzacz fotonów Proces QED niezależny pomiar luminosity Tło z dysocjacji: Detektory w obszarze centralnym: redukcja 25% Produkcja par dżetów σ ~ O(10) pb ale dodatkowe oddziaływania mogą zamaskować RG pomiar z pile-up trudny obserwacja w Tevatronie (Phys. Rev. D77, 05, 2004)

Ekskluzywna produkcja Produkcja Higgsa Stan centralny przy detekcji protonów jest dobrze ustalony: JPC = 0++ Rekonstrukcja masy z pomiaru protonów (niezależnie od kanału rozpadu) H -> bb (b-jets): S = 11, B = O(10) w 30 fb-1 Potrzeba doskonały pomiar protonów w stanie końcowym 14

Przekrój czynny pp 15 Całkowity przekrój czynny na pp (σtot) z twierdzenia optycznego: Granica zerowego przekazu czteropędu Poprawka obliczona z teorii 0,02 Ilość przypadków elastycznych i nieelastycznych Nie ma potrzeby pomiaru świetlności Jednoczesny pomiar oddziaływań elastycznych i nieelastycznych Granica zerowego przekazu czteropędu odpowiada zerowemu odchyleniu protonów (η b. duże) Jeśli znana świetlność:

Fizyka małego x Szybki wzrost gęstości gluonów wraz z przesuwaniem się do małych x Wkłady od dużych członów w (ln 1/x), nie są opisywane w ramach równań ewolucji DGLAP Równania BFKL (CCFM) W obszarze do przodu dostęp do niskiego x Minimalny x próbkowany przez obiekt (dżet) emitowany w η (średnie 10xmin) Skala procesu 16

Fizyka małego x xmin 1,00E+00 1,00E-01 pt = 10 GeV 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 0 1 2 3 4 η 5 6 7 8 Pomiar dżetów do przodu dodatkowe więzy na funkcje struktury Tevatron x~10-3 17

Fizyka małego x Korelacje pomiędzy dżetami o dużej odległości w η Otwarta duża przestrzeń fazowa dla dodatkowych emisji gluonów Testy ewolucji BFKL 18

Eksperyment

Eksperyment CMS 0.8 < η < 0.8 0.8 > η > 3.0 wiązka 0.8 < η < 3.0 19

Eksperyment CMS do przodu 20

Eksperyment CMS do przodu HF 21 Kalorymetr Hadronic Forward (HF) 11,2 m od punktu zderzenia Pokrycie: 3 < η < 5 Segmentacja w η i ϕ: 0.175x0.175 Bazujący na zjawisku Czerenkowa - włókna równoległe do wiązki - krótkie i długie włókna Możliwość pomiaru dżetów (nie ma det. śladowego) Depozyty energii - lub ich brak Użycie jako część trygera

Eksperyment CMS do przodu HF Castor 22 Kalorymetr CASTOR 14,3 m od punktu zderzenia Pokrycie -6.6 < η < -5.2 Segmentacja w ϕ (16 sektorów) Segmentacja w z: 14 modułów (2EM+12HAD) Rekonstrukcja depozytów energii: - składowej EM i HAD Rekonstrukcja dżetów (bez det. śladowego) Modelowanie oddziaływania promieniowania kosmicznego 100 PeV

Eksperyment CMS do przodu HF 23 ZDC Castor Zero Degree Calorimeter (ZDC) 140 m od punktu zderzenia Pokrycie: η > 8.1 Zjawisko Czerenkowa Oddzielna część EM i HAD Możliwość detekcji jedynie składowej neutralnej (γ, π0, n) Pomiar centralności w zderzeniach ciężkich jonów Produkcja neutronów w pp

Eksperyment CMS do przodu HF Totem T1 ZDC Castor Totem T2 Detektory śladowe eksperymentu Totem: T1 i T2 Pokrycie T1: 3.2 < η < 4.7, T2: 5.3 < η < 6.5 Pomiar 95% nieelastycznych oddziaływań (99,5% niedyfrakcyjnych, 84% dyfrakcyjnych) 24 Od końca 2011 synchronizacja danych z CMS i Totem

Eksperyment CMS do przodu HF Castor ZDC Totem RP147 Totem T2 Totem T1 Detektory Roman Pots eksperymentu Totem Dwie stacje odseparowane magnesem Pomiar protonów elastyczne rozpraszanie 1 mm od wiązki t ~ 10-3 GeV2 Totem RP220 25

Eksperyment CMS do przodu HF Castor 26 ZDC FSC Totem RP147 Totem T2 Totem RP220 Totem T1 3 stacje detektorów scyntylacyjnych Pokrycie: 6 < η < 8 Detekcja rapidity gap Instalacja w 2011 roku Użyteczność tylko przy niskim pile-up

Eksperyment CMS do przodu HF Castor FSC 27 ZDC Totem RP147 Totem T2 Totem RP220 Totem T1 HPS 240/420 High Precission Spectrometer (HPS) Dwie części: 240 m i 420 m od punktu zderzenia Detektor śladowy (w polu magn.) - pęd protonu Detekcja czasu odseparowanie protonów z różnych wierzchołków Instalacja 2014-2018 HPS

Wyniki

Pomiar UE 28 Pomiar depozytów energii w binach η (HF) Próbka Minimum Bias ze zredukowaną dyfrakcją (tryger) Przepływ energii większy bliżej wiązki Silna zależność od energii podobna jak dla pomiarów krotności w centrum Pythia nie radzi sobie z najwyższymi η (nawet tune przygotowany dla LHC)

Pomiar UE 29 Pomiar depozytów energii w binach η (HF) Próbka Minimum Bias ze zredukowaną dyfrakcją (tryger) Żaden z modeli nie radzi sobie w pełnym obszarze. Dodanie MPI bardzo istotne

Pomiar UE Pomiar depozytów energii w binach η (HF) Przypadki zawierające dwa twarde dżety w centralnej części: Znacznie wyższy przepływ energii do przodu Lepsza zgodność z przewidywaniami (PYTHIA, HERWIG) 30

Pomiar UE Pomiar depozytów energii w binach η (HF) Modele propagacji promieniowania kosmicznego powinny opisywać obszar do przodu w CMS (Glauber) Modele opisują dane 31

Miękka dyfrakcja ( Ei+ p z, i ) Suma przebiega po wszystkich celach kalorymetru (również HF), = M x 2 / S ~ξ oraz σ(difr) ~ 1/ξ dlatego maksimum przy małych wartościach 2) EHF Całkowita energia w HF Gdy RG w HF, przypadki dyfrakcyjne w pierwszym binie 3) NHF ilość cel HF z depozytem energii powyżej 4 GeV Gdy RG w HF, przypadki dyfrakcyjne w pierwszym binie 32

Miękka dyfrakcja Wyraźny komponent dyfrakcyjny Wraz ze wzrostem energii rosną różnice pomiędzy modelami Następny krok ilościowy pomiar komponentu dyfrakcyjnego 33

Miękka dyfrakcja Komponent dyfrakcyjny zwiększony E(HF) < 8 GeV Depozyty energii w HF nie są opisywane przez żaden z modeli 34

Twarda dyfrakcja w CMS 35 Dyfrakcyjna produkcja W μν

Twarda dyfrakcja w CMS 36 Dyfrakcyjna produkcja par dżetów

Twarda dyfrakcja w CMS 37 Analiza: 2,7 nb-1 Wybór przypadków z parą dżetów pt>20 GeV, η <4,4 Wybór przypadków z RG: cząstka najbardziej do przodu (tyłu) ηmax<3 (ηmin>-3) Zmierzona dystrybucja cząstek naładowanych zgodna z odpowiednio znormalizowanym MC: PYTHIA6 i POMPYT

Twarda dyfrakcja w CMS 38 POMPYT (POMWIG) twarda dyfrakcja PYTHIA6 bez dyfrakcji σ(difr) ~ 1/ξ Małe ξ, dominacja dyfrakcji Duże ξ, dominacja oddziaływań niedyfrakcyjnych Modele nie zawierają oddział. łamiących faktoryzacje zmierzone prawd. przetrwania RG: 0.1-0.2

Ekskluzywna produkcja: γγ μμ Nieredukowalne tło Selekcja mionów: Przekrój czynny: Przewidywanie (LPAIR): 39

Ekskluzywna produkcja: γγ ee Nieredukowalne tło Przypadki z jednym wierzchołkiem Zarejestrowano 17 przypadków 40

Ekskluzywna produkcja: gg γγ Inne procesy qq γγ, γγ γγ zaniedbywalne Identyczny proces (co do el. macierzowego) dla ekskluzywnej produkcji Higgsa Istotne rozkłady gluonów przy niskim x P P 41 Przy MSTW08-LO prawdopodobieństwo 0 kandydatów 23% CDF: dla znacznie niższych ET

Całkowity przekrój czynny pp Równanie: Świetlność: tmin = 2 x 10-2 GeV2 1,65 μb-1 Ekstapolacja: TOTEM Elastyczny: 42

Całkowity przekrój czynny pp 43

Dżety do przodu Dwa komplementarne pomiary: Przekrój czynny na produkcję dżetów do przodu: 3.2< η <4.7 próbkowanie PDF przy x=10-4 Przekrój czynny na produkcje par dżetów: centralny ( η <2.5) do przodu korelacje pomiędzy dżetami (BFKL) Wybór: 3,14 pb-1 35 GeV < pt < 150 GeV Korekcja do poziomu hadronowego (PYTHIA, HERWIG) porównanie: PYTHIA6, PYTHIA8, HERWIG6+JIMMY, HERWIG++ NLOJET++, POWHEG (PS PYTHIA, HERWIG) CASCADE (1/x), HEJ (duże kąty) główna niepewność eksperymentalna skala energii 44

Dżety do przodu Dżety w detektorze: Usunięcie wpływu detektora: 45

Dżety do przodu Inkluzywne spektrum dżetów: Niepewność wynikająca ze skali energii (3-6%) 46

Dżety do przodu 47 Wniosek: Modele LO, NLO, BFKL nie radzą sobie z opisem danych Dodatkowe miękkie emisje? BFKL?

Dżety do przodu 48 Przypadki par dżetów ekskluzywne : przypadki z tylko dwoma dżetami powyżej pt>35 GeV Przypadki par dżetów inkluzywne : przypadki z dowolną ilością dżetów powyżej pt>35 GeV w funkcji Δη Przy dużych separacjach spodziewane pojawienie się efektów BFKL Dane eksperymentlne doskonale opisywane przez PYTHIE (DGLAP)!

Podsumowanie HF Castor FSC 49 ZDC Totem RP147 Totem T2 Totem T1 Totem RP220 HPS 240/420

Tunes MPI model included in PYTHIA. The parameters of the model can be tuned different sets of parameter values define different tunes. Avoid differgences in hard scattering and MPI: Where pt0 is parametrized: Different pdfs, cuts for ISR and FSR, fragmentation model

Tunes