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Studi di Minimum Bias e Underlying Event ad LHC F.Ambroglini, P.Bartalini, L.Fanò (members of the group)

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Presentazione sul tema: "Studi di Minimum Bias e Underlying Event ad LHC F.Ambroglini, P.Bartalini, L.Fanò (members of the group)"— Transcript della presentazione:

1 Studi di Minimum Bias e Underlying Event ad LHC F.Ambroglini, P.Bartalini, L.Fanò (members of the group)

2 Filippo Ambroglini - IFAE Sommario Perché effettuare studi di MB e UE Perché effettuare studi di MB e UE Introduzione alla terminologia Introduzione alla terminologia Osservabili e strategie di Misura per UE a LHC Osservabili e strategie di Misura per UE a LHC

3 Filippo Ambroglini - IFAE Motivazioni allo studio del Minimum Bias e dellUnderlying Event Studio della soft QCD Studio della soft QCD I Modelli forniscono una connessione profonda ad aspetti fondamentali delle collisioni adrone- adrone I Modelli forniscono una connessione profonda ad aspetti fondamentali delle collisioni adrone- adrone Struttura degli adroni, Fattorizzazione delle interazioni Struttura degli adroni, Fattorizzazione delle interazioni Tuning dei Modelli Monte Carlo Tuning dei Modelli Monte Carlo Comprensione del rivelatore Comprensione del rivelatore Occupanze, Backgrounds etc. Occupanze, Backgrounds etc. Calibrazione di tools di primaria importanza Calibrazione di tools di primaria importanza Jet Energy, Missing Energy, Jet Vetoes, Vertex Reconstruction, Photon/Lepton Isolation Jet Energy, Missing Energy, Jet Vetoes, Vertex Reconstruction, Photon/Lepton Isolation

4 Filippo Ambroglini - IFAE Minimum Bias (MB) Generica interazione particella-particella. Generica interazione particella-particella. Elastici + Inelastici (inclusi Diffractivi). ~ 100 LHC. Elastici + Inelastici (inclusi Diffractivi). ~ 100 LHC. Soft. Low P T, low Multiplicity. Soft. Low P T, low Multiplicity. Che cosa si osserverebbe con un detector/trigger completamente inclusivo. Che cosa si osserverebbe con un detector/trigger completamente inclusivo. AllLHC, molte interazioni MB possono aver luogo in un singolo beam crossing. = L inst * AllLHC, molte interazioni MB possono aver luogo in un singolo beam crossing. = L inst * MB può anche essere registrato se sono prodotte altre interazioni in grado di attivare il trigger. MB può anche essere registrato se sono prodotte altre interazioni in grado di attivare il trigger. Pile-up effect. Pile-up effect. I rivelatori di tracciatura possono essere utilizzati per distinguere tracce associate a diversi vertici primari. Situazione più complessa a livello dei calorimetri: è necessario impiegare metodologie di energy flow.

5 Filippo Ambroglini - IFAE Underlying Event (UE) Tutta lattività di una singola interazione particella-particella oltre al processo interessante. Tutta lattività di una singola interazione particella-particella oltre al processo interessante. Initial State Radiation (ISR). Initial State Radiation (ISR). Final State Radiation (FSR). Final State Radiation (FSR). Spectators. Spectators. MPI interazioni partoniche multiple [T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987) 2019] MPI interazioni partoniche multiple [T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987) 2019] UE è correlato al relativo processo interessante. UE è correlato al relativo processo interessante. Condivide il vertice di interazione. Condivide il vertice di interazione. Lattività dellunderlying event cresce con la scala di energia del evento associato Pedestal effect. Lattività dellunderlying event cresce con la scala di energia del evento associato Pedestal effect. Non è sempre qualcosa di fastidioso ! Ex. Ricostruzione del vertice in H Non è sempre qualcosa di fastidioso ! Ex. Ricostruzione del vertice in H UE MB ma alcuni aspetti e concetti sono simili UE MB ma alcuni aspetti e concetti sono simili Studio di Multiplicità & P T delle tracce cariche. Studio di Multiplicità & P T delle tracce cariche.

6 Filippo Ambroglini - IFAE Strategie per la misura del UE ad LHC Osservabili prinicipali: dN/d d, densità di carica d(PT sum )/d d, densità di energia Produzione D-Y di coppie di muoni: Le osservabili sono le stesse di quelle definite per i jet carichi solo si vanno a valutare in tutto il piano (dopo aver rimosso la coppia di tutto il resto è UE ) Il jet carico più energetico definisce una direzione nel piano La regione trasversa è particolarmente sensibile al UE Jet carichi: La topologia dellinterazione p-p viene desunta dallinformazione sulle tracce cariche, ricostruendo i jet con ICA (input particelle cariche senza massa)

7 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello generatore (Jet carichi) dN/dd dPT sum /dd La crescita per PT>50 GeV/c è dovuta alle radiazioni dei gluoni (ISR+FSR) PT>0.9 | |<1

8 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello generatore (D-Y) PT>0.9 | |<1 PT>0.5 | |<1 dN/dddPT sum /dd PY-Atlas Tune ottimizzato per MB ha una distribuzione di PT più soffice che il PY-DW (fatto a CDF) ottimizzato per UE HERWIG è un utile modello senza MPI

9 Filippo Ambroglini - IFAE Trigger per UE in Jets Attualmente non si ha un trigger specifico per il MB. Attualmente non si ha un trigger specifico per il MB. Trigger dedicato: Trigger dedicato: trigger sui 0, trigger sulle torri calorimetriche, jet soffice, forward trigger… trigger sui 0, trigger sulle torri calorimetriche, jet soffice, forward trigger… Utilizzando altre stream: Utilizzando altre stream: In questo modo tutte le altre interazioni di PU diventano eventi di segnale unbiased In questo modo tutte le altre interazioni di PU diventano eventi di segnale unbiased Durante il pilot run (pp/X-bunch <1) sarà comunque indispensabile avere un trigger dedicato Durante il pilot run (pp/X-bunch <1) sarà comunque indispensabile avere un trigger dedicato Per questi studi sono state utilizzate le seguenti soglie di trigger, richiedendo almeno 1 jet calorimetrico con Per questi studi sono state utilizzate le seguenti soglie di trigger, richiedendo almeno 1 jet calorimetrico con PT>20 GeV/c (MB trigger) PT>20 GeV/c (MB trigger) PT>60 GeV/c PT>60 GeV/c PT>120 GeV/c PT>120 GeV/c

10 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - Distibuzioni di densità dN ch /d d VS dPT sum /d d VS toward away transverse away toward away transverse away MB JET60 JET120 PT>0.9 | |<1

11 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - regione trasversa MC MB JET60 JET120 / PT>0.9 | |<1 PT jet1 GeV/c Gli eventi sono stati pesati con le sezioni durto: le barre di errore sono dominate dallincertezza statistica Luminosità è arbitraria ma scalata correttamente per ogni trigger Buono laccordo delle distribuzioni fra MC e RECO Le differenze sono compatibili con le correzioni aspettate per i jet carichi e lefficienza e fake delle tracce.

12 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - regione trasversa MC MB JET60 JET120 / Rapporto PT>0.9/PT>05 | |<1 PT jet1 GeV/c Le differenze fra MC e RECO vengono assorbite nel rapporto e non si devono più applicare correzioni

13 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y) Regione trasversa MC REC / M(,) GeV/c MC REC Si ha poca statistica per eventi con Z off-shell: le barre di errore sono dominate dallincertezza statistica Luminosità è arbitraria ma scalata correttamente Buono laccordo delle distribuzioni fra MC e RECO Le differenze sono compatibili con le correzioni aspettate per i jet carichi e lefficienza e fake delle tracce. M(,) GeV/c

14 Filippo Ambroglini - IFAE Conclusioni Quando LHC verrà acceso e avremo i primi dati usabili saremo in grado con gli attuali strumenti di effettuare misuare di UE sia utilizzando i jet carichi e per la prima volta in un collider adronico (CDF permettendo) utilizzando eventi D-Y Quando LHC verrà acceso e avremo i primi dati usabili saremo in grado con gli attuali strumenti di effettuare misuare di UE sia utilizzando i jet carichi e per la prima volta in un collider adronico (CDF permettendo) utilizzando eventi D-Y

15 Backup slides

16 Filippo Ambroglini - IFAE Multiple Parton Interactions (MPI) ISR, FSR, SPECTATORS… Non sufficienti per dare conto delle alte molteplicità osservate ai collider adronici The Pythia solution: [T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987) 2019] Multiple Parton Interactions Multiple high P T interactions osservate da AFS, UA2, CDF!!! d Impact Parameter Modello con parametro dimpatto variabile tra gli adroni; la materia adronica può essere descritta da Gaussiane = parton-parton / proton-proton = parton-parton / proton-proton Interazioni partoniche multiple in una singola collisione adronica Parametro principale: P T cut-off Regolarizzazione delle sezioni durto per P T 0 Può essere interpretato come linverso di una lunghezza di screening Controlla il numero di interazioni partoniche e conseguentemente le molteplicità Introduce correlazioni IP nelle Multiple Parton Interactions! Pedestal Effect

17 Filippo Ambroglini - IFAE Tuning MC ed estrapolazioni ad LHC LHCb (Pythia6.134) [P. Bartalini et al., CERN ] LHCb (Pythia6.134) [P. Bartalini et al., CERN ] MPI con parametro d'impatto variabile e con cut-off running hanno successo nel riprodurre lo spettro di molteplicita MB MPI con parametro d'impatto variabile e con cut-off running hanno successo nel riprodurre lo spettro di molteplicita MB CDF (Pythia6.206) [R. Field et al., PRD 65 (2003) ] CDF (Pythia6.206) [R. Field et al., PRD 65 (2003) ] L'attivita' nella regione trasversa e' descritta da pythia Tune A altri modelli non hanno la stessa precisione L'attivita' nella regione trasversa e' descritta da pythia Tune A altri modelli non hanno la stessa precisione La sensibilita' all'attivita' underlying aumenta selezionando topologie di stato finale particolari: jets La sensibilita' all'attivita' underlying aumenta selezionando topologie di stato finale particolari: jets ATLAS (Pythia6.214) [A.M.Moraes et al., hep- ph/ ] ATLAS (Pythia6.214) [A.M.Moraes et al., hep- ph/ ] Ha il miglior accordo globale con i dati (sia MB che UE) Ha il miglior accordo globale con i dati (sia MB che UE) Il tuning di CDF funziona bene per descrivere l'UE al Tevatron ma l'accordo sul MB a bassa energia non e' buonissimo Il tuning di CDF funziona bene per descrivere l'UE al Tevatron ma l'accordo sul MB a bassa energia non e' buonissimo

18 Filippo Ambroglini - IFAE Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y) PT>0.9 | |<1 (M Rec – M MC )/M MC VS M MC (M Rec – M MC )/M MC M(,) Gev/c Lo spostamento sistematico della massa è da attribuirsi alla simulazione.

19 Filippo Ambroglini - IFAE MC / MC Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y) Regione trasversa (isolamento) M(,) GeV/c Criteri di isolamento per i muoni: Nessuna traccia con PT > 0.9 GeV/c in un cono di raggio 0.3 nel piano lungo la direzione del Efficienza del 76.9% su eventi D-Y nessun evento di QCD (2 2) supera il taglio di isolamento Lattuale statistica che abbiamo a disposizione non ci consente di effettuare predizioni ragionevoli al di sopra dei 100 GeV/c M(,) GeV/c


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