ESTUDIO DE LAS PARTÍCULAS EN LA ACTUALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO CMS EN EL SLHC

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Hugo Gustavo Contreras Espinoza
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1 SUSTENTACIÓN ARA EL TITULO DE MAESTRÍA EN CIENCIAS FÍSICA ESTUDIO DE LAS ARTÍCULAS J/ψ & Z EN LA ACTUALIZACIÓN DEL EXERIMENTO CMS EN EL SLHC OR SORAYA YSABEL FLORES CHALCO CONSEJERO: H.D. HÉCTOR MÉNDEZ MELLA DEARTAMENTO DE FÍSICA RESUMEN El propósito de este trabajo es examinar la masa invariante reconstruida del mesón J/ψ μ+μˉ y del boson Z μ+μˉ en función de la seudo-rapidez y del Momento Transversal de los muones, para comparar la reconstrucción de Dimuones entre la primera fase de la actualización del experimento CMS y su configuración actual. 2 DE MAYO 2013, 12:30 M SALA EUGENE FRANCIS EDIFICIO DE FÍSICA Variación de la seudo-rapidez y del Momento Transversal

2 ESTUDIO DE LA MASA INVARIANTE DE LAS ARTÍCULAS J/ψ & Z EN LA ACTUALIZACIÓN DEL EXERIMENTO CMS or: Soraya Ysabel Flores Chalco Consejero: h.d. Héctor Méndez Mella Universidad de uerto Rico Mayagüez Mayo 2, 2013

3 ÍNDICE Objetivos Introducción: Modelo estándar Detector CMS (Std) Actualización CMS (hase1) Análisis y Resultados: Generación, Simulación Reconstrucción del mesón J/ψ μ+μˉ y del boson Z μ+μˉ η de los μ+μˉ p T de los μ+μˉ Ajuste Estadístico Conclusiones. Trabajos Futuros 3

4 ALABRAS CLAVES LHC Large Hadron Collider SLHC Súper LHC (royecto) CMS Std Compact Muon Solenoid Detector Geometría actual del detector CMS hase1 Geometría de la actualización del detector η seudo-rapidez p T μˉ Momento transversal de los muones Muon m μ+μˉ Masa reconstruida μ+μˉ 4

5 OBJETIVO Medir la estabilidad de la m μ+μˉ proveniente del J/ψ y del Z en función de η y del p T Comparar el funcionamiento del detector actual CMS (Std) y de su actualización (hase1) en el SLHC 5 Variación de la seudo-rapidez y del Momento Transversal

INTRODUCCIÓN MODELO ESTÁNDAR Identifica las partículas elementales y especifica como interactúan mediante el intercambió de partículas de fuerza.

6 INTRODUCCIÓN MODELO ESTÁNDAR Identifica las partículas elementales y especifica como interactúan mediante el intercambió de partículas de fuerza. Quaks u c t d s b I II III e- μ- τ - e Leptones H Higgs γ Z W g B o s o n Interacción Débil, Electromagnética Masa ± GeV/c 2 Tiempo de vida Spin 1/2 Muon : μ ˉ ( ± ) x 10-6 s Tabla 1: artículas Fundamentales Del Modelo Estándar Tabla 2: Características del μ ˉ 6

7 ARTÍCULAS J/ψ & Z Meson: J/ψ (cc ) Boson : Z Interacción Débil, Electromagnética Débil Masa (DG) ± GeV/c² ± GeV/c² Tiempo de vida 7.2 x s ~10-25 s Tabla 3: Características del Mesón J/ψ & Boson Z 7

LHC Colisionador Hadrónico: p-p, p-b, b-b LHC Luminosidad nominal: 10 34 cm -2 s -1 Energía en centro de masas: En 2012 s = 8 TeV En 2015 s = 14 TeV Campo

8 LHC Colisionador Hadrónico: p-p, p-b, b-b LHC Luminosidad nominal: cm -2 s -1 Energía en centro de masas: En 2012 s = 8 TeV En 2015 s = 14 TeV Campo Magnético 8.3 Teslas Circunferencia 27 km Colisiones cada 25 ns Velocidad de aceleración de partículas 0.999c m/s 100 MB de información generados en cada colisión 8

9 DETECTOR CMS. 3 hd. 1 ostdoc, 8 Est. Graduados Colaboración CMS ~3 000 investigadores eso total: T Diámetro: 15 m Longitud: 21.5 m Campo Magnético: ~4 Tesla 9 artículas del CMS

10 COORDENADAS CMS seudo-rapidez η: describe el comportamiento de las partículas en función del ángulo polar que forma una partícula con respecto al eje del haz. Momento Transversal de los Muones p T 10 * donde θ es el ángulo polar y φ es el ángulo acimutal

11 ACTUALIZACIÓN SLHC Con el hase1 se pretende (~2015): El aumento de la luminosidad a 2 x10 34 cm ² s ¹ Energía de centro de masa a 14 TeV Beneficios del CMS en el hase1: Mantener alta la eficiencia de detección evitando la perdida de datos Garantizar la cobertura en todas las aceptaciones de η roporcionar un seguimiento de alta resolución para los parámetros y vértices 11

ACTUALIZACIÓN CMS HASE1 Std hase1 Barrel 3 capas cilíndricas 770 módulos con 48 M

cilíndricas 1200 módulos con 80M pixeles Una capa mecánica (soporte + tuberías de

módulos con 18M pixeles 3 discos en cada endcap Dos anillos concéntricos 672

12 ACTUALIZACIÓN CMS HASE1 Std hase1 Barrel 3 capas cilíndricas 770 módulos con 48 M pixeles Una capa mecánica (soporte + tuberías de refrigeración) 400 g 4 capas cilíndricas 1200 módulos con 80M pixeles Una capa mecánica (soporte + tuberías de refrigeración) 100 g Endcap 2 discos en cada endcap Un anillo por medio disco 672 módulos con 18M pixeles 3 discos en cada endcap Dos anillos concéntricos 672 módulos con 45M pixeles Tabla 4: Algunas diferencias entre las geometrías Std & hase1 12

13 ANÁLISIS Y RESULTADOS 13

Monte Carlo J/ψ μ+μˉ Z μ+μˉ ile-up Energía de centro de masa Cero ( Una colisión rotón -rotón) 14 TeV para

14 GENERACIÓN Y SIMULACIÓN Generar Geometrias A gran detalle el CMS durante una colisiones. Std hase 1 Versión Simulación CMSSW_4_2_8_SLHCstd2_patch1 (Std). CMSSW_4_2_8_SLHCtk3_patch1 (hase1). Monte Carlo J/ψ μ+μˉ Z μ+μˉ ile-up Energía de centro de masa Cero ( Una colisión rotón -rotón) 14 TeV para cada Geometría. Numero de eventos Generados simulados reconstruidos 500K J/ψ & Z Std &hase1 14 Tabla 5: Condiciones para el Análisis

15 15 RECONSTRUCCIÓN μ+μˉ ara obtener la masa invariante μ+μˉusamos el 4-momento de Lorentz: y conociendo E y γ. Se encontró la masa invariante: ),,, ( z y x E m 2 E E m m m m E DG ( ± GeV/c²) qrb Fuerza de Lorentz Medido

16 CONDICIONES DE RECONSTRUCCIÓN μ+μˉ 1. Ambos muones deben tener las cargas eléctricas opuesta 2. Los muones son Global Muon 3. Dividir la señal de reconstrucción μ+μˉen función de η y p T 16 MESÓN J/ψ μ+μ ˉ BOSON Z μ+μˉ

17 η DE LOS μ+μˉ seudo-rapidez μ+μˉ : Detector CMS : Variación de la seudo-rapidez μ+μˉ 17 Matriz de Selección para el Análisis

18 Matriz de selección para 100 Histogramas de Z en función de η con hase1 *ara Std se obtuvo un comportamiento similar. 18

19 Matriz de selección para 100 Histogramas de J/ψ en función de η con hase1 *ara Std se obtuvo un comportamiento similar. 19

20 T DE LOS μ+μˉ p T para J/ψ: Detector CMS : Variación de la p T p T para Z: 20 *ara Z & J/ψ Std se obtuvo un comportamiento similar que para η.

AJUSTE ESTADÍSTICO y y 0 m 1 xx RA ( 2 ( x x) e 2 Histograma : 2 ) Donde: olinomio de 1 0 grado (ruido) y 0 : constante m : pendiente Función Gaussiana (Señal) A : amplitud x

21 AJUSTE ESTADÍSTICO y y 0 m 1 xx RA ( 2 ( x x) e 2 Histograma : 2 ) Donde: olinomio de 1 0 grado (ruido) y 0 : constante m : pendiente Función Gaussiana (Señal) A : amplitud x : media σ : sigma R : Ancho del bin del Histograma Numero de eventos (~Eficiencia) Masa (~Estabilidad) Desviación estándar (~Resolución) J/ψ : GeV/c 2 Z : 0.25 GeV/c 2 21

22 Estos resultados son la distribución de la masa en función de la seudo-rapidez para cuando η μ+ = η μˉ Muestra de J/ψ con hase 1 22 *ara Std y Z (hase1 & Std) se obtuvo un comportamiento similar.

23 arámetros básicos del Ajuste Gaussiano J/ψ 0: -2.5 η < : -2.0 η < : -1.5 η < :-1.0 η < : -0.5 η < 0.0 5: 0.0 η < 0.5 6: 0.5 η < 1.5 7: 1.0 η < 1.5 8: 1.5 η < 2.0 9: 2.0 η < 2.5 2: 2 *p T < 3 3: 3 *p T < 4 4: 4 *p T < 5 5: 5 *p T < 6 6: 6 *p T < 7 7: 7 *p T < 8 8: 8 *p T < 9 9: 9 *p T < 10 Masa (GeV/c²) Desviación Estándar(GeV/c²) Numero de Eventos hase1 Std hase1 Std hase1 Std Tabla 6: arámetros extraídos del Ajuste Gaussiano para J/ψ *p T [GeV/c] 23

24 arámetros básicos del Ajuste Gaussiano Masa (GeV/c²) Z Desviación Estándar (GeV/c²) Numero de Eventos 0: -2.5 η < : -2.0 η < : -1.5 η < : -1.0 η < : -0.5 η < 0.0 5: 0.0 η < 0.5 6: 0.5 η < 1.5 7: 1.0 η < 1.5 8: 1.5 η < 2.0 9: 2.0 η < 2.5 1: 1 0 *p T <20 2: 20 *p T <30 3: 30 *p T <40 4: 40 *p T <50 hase1 Std hase1 Std hase1 Std Tabla 7: arámetros extraídos del Ajuste Gaussiano para Z *p T [GeV/c] 24

25 25 m μ+μˉ a través del CMS en función a η

26 26 m μ+μˉ a través del CMS en función a p T

27 27 σ a través del CMS en función a η

28 28 σ a través del CMS en función a p T

29 Numero de Eventos J/ψ a través del CMS en función a η 29 Numero de Eventos Z a través del CMS en función a η

30 Numero de Eventos J/ψ a través del CMS en función a p T 30 Numero de Eventos Z a través del CMS en función a p T

31 CONCLUSIONES A partir de estos resultados, la m μ+μˉ del J/ψ y del Z en el sistema de seguimiento (tracking) del CMS están próximas a su valor nominal descrito DG (article Data Group), no encontrando cambios significativos entre ambas geometrías. ero con hase1, el número total de eventos detectados se incrementa entre el 10% al 14%, este resultado beneficia SLHC. 31

32 TRABAJOS FUTUROS Medir la estabilidad de la m zz proveniente del H en función de η y del p T Nuevo Descubrimiento ~125 GeV Medir la estabilidad de la masa del J/ψ μ+μˉ y del Z μ+μˉ función de η y del p T, usando ile-up 0 32

33 GRACIAS 33

34 REGUNTAS 34

35 ANEXOS 35

36 GLOBAL MUON Estos muones son aquellos que son asociados entre las pistas de los muones detectados en el tracker muon y las pistas de los standalone muon y la mejor coincidencia de las pistas queda seleccionada como muones globales o global muon. 36

37 MASA DE DIMUON 37 ),, ( : 2 _(1) : (2)...(2) ), ( ), ( ), (...(1) 2 ) ( ) ( ) ( ) ( z y x p p p donde E E m m m en reemplazar E E E E E m m m m m m m

38 La Figuras representan histogramas donde cada segmento de la pseudorapidez (ηi = ηj) es igual para μ+ y μˉ en ambas geometrías. 38 J/Ψ con hase 1 Geometry.

39 Z con hase 1 Geometry. 39

40 J/Ψ con Std Geometry. 40

41 Z con Std Geometry. 41

42 La Figuras representan histogramas donde cada segmento del momento transversal es igual para μ+ y μˉ en ambas geometrías. 42 J/Ψ con hase 1 Geometry.

43 Z con hase 1 Geometry. 43

44 J/Ψ con Std Geometry. 44

45 Z con Std Geometry. 45

46 Las figuras representan la distribución de la masa en función de la pseudorapidez ajustadas a una función Gausina y a un polinomio de primer orden. 46 J/Ψ con hase 1 Geometry

47 Z con hase 1 Geometry. 47

48 J/Ψ con Std Geometry. 48

49 Z con Std Geometry. 49

50 Las figuras representan la distribución de la masa en función del momento transversal ajustadas a una función Gausina y a un polinomio de primer orden. 50 J/Ψ con hase 1 Geometry

51 Z con hase 1 Geometry. 51

52 J/Ψ con Std Geometry. 52

53 53 Z con Std Geometry

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