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Minimum Bias e Underlying Event ad LHC Thanks to P.Bartalini, C.Buttar, L.Fanò, R.Field, M. Grothe, A.Moraes, P. Skands, etc. Filippo Ambroglini (Università

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Presentazione sul tema: "Minimum Bias e Underlying Event ad LHC Thanks to P.Bartalini, C.Buttar, L.Fanò, R.Field, M. Grothe, A.Moraes, P. Skands, etc. Filippo Ambroglini (Università"— Transcript della presentazione:

1 Minimum Bias e Underlying Event ad LHC Thanks to P.Bartalini, C.Buttar, L.Fanò, R.Field, M. Grothe, A.Moraes, P. Skands, etc. Filippo Ambroglini (Università di Perugia)

2 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 2 Interazioni LHC protone Interazione principale ISR e FSR Creazione dei Jet Frammentazione e Adronizzazione MPI Beam Remnant

3 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 3 protone Minimum Bias e Underlying Event Tutta lattività di una singola interazione particella-particella oltre al processo interessante. Initial State Radiation (ISR). Final State Radiation (FSR). Spettatori. MPI interazioni partoniche multiple [T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987) 2019] UE è correlato al relativo processo interessante. Condivide il vertice di interazione. Lattività dellunderlying event cresce con la scala di energia del evento associato Pedestal effect. Non è sempre qualcosa di fastidioso ! Ricostruzione del vertice in H. UE MB ma alcuni aspetti e concetti sono simili Studio di Molteplicità & Pt delle tracce cariche. Generica interazione protone-protone. Elastici + Inelastici (inclusi Diffrattivi). ~ 100 LHC. Soft. Low PT, low Multiplicity. AllLHC, molte interazioni MB possono aver luogo in un singolo beam crossing. = Linst * s. MB può anche essere registrato se sono prodotte altre interazioni in grado di attivare il trigger. Pile-up effect. Che cosa si osserverebbe con un detector/trigger completamente inclusivo. elasticasingolo diffrattiva doppio diffrattiva inelastica

4 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 4 Studio del Minimum Bias La misura collegata allanalisi del MB è la misura del numero di tracce cariche in funzione di eta (Nchg vs ) e dello spettro in P t –La misura dipende: dalle prestazioni del rivelatore dalle condizioni di trigger

5 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 5 Tuning MonteCarlo s (GeV) dN chg /dη at η=0 LHC Stesso generatore due diverse parametrizzazioni forniscono una predizione per LHC che differisce di ~ 30% [R.Field] [A.Moraes et al.]

6 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 6 Tuning di Pythia PYTHIA CTEQ5L TeV GeV 4 1 Tune A PARP(62) PARP(64) PARP(93) PARP(91) 111MSTP(91) TeV GeV 4 1 ATLAS TeV GeV 4 1 Tune DWT 0.5PARP(83) 0.4PARP(84) 0.25PARP(90) 1.0PARP(86) 1.8 TeVPARP(89) GeV 4 1 Tune DW PARP(67) PARP(85) PARP(82) MSTP(82) MSTP(81) Parameter Tune A: tuning di CDF sui dati del run1 specifico sulle variabili del UE Tune Atlas: tuning effettuato sui dati di UA5 ed ottimizzato per la descrizione del MB Tune DW: Tune A + tune della distribuzione in P t dello Z Tune DWT: basato sul Tune DW ma con la dipendenza dallenergia (PARP(90) ) del Tune Atlas [R.Field]

7 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 7 Confronto MC e dati Confronto Tune DW (linea continua) e Tune DWT (linea tratteggiata) con i dati di CDF Confronto Tune ATLAS con i dati di CDF [R.Field] Preliminary

8 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 8 Studi per il Pilot Run Preliminary dN/d Preliminary Tune A Tune DW Tune DWT Tune Atlas UA5 Data 900 GeV/c Novembre 2007 Non proprio alle condizioni nominali previste… 900 GeV CME 75 ns 1 -> 156 pacchetti/fascio > 4*10 10 protoni/paccehtto Luminosità > 2*10 31 <1 ev/bunch-crossing Abbiamo confrontato le predizione ottenute con i diversi tuning di Pythia con i dati raccolti da UA5. Predizioni considerando MB formato da HS e DD (Trigger di UA5). Discrepanze fra il Tuning di Atlas ed i tuning di CDF sono in accordo con quanto fino ad ora visto dei vari confronti. Atlas Alta Molteplicità e basso (tunanto per il MB) DWT Bassa Molteplicità e Alto (tunanto per UE) Per meglio comprendere dove lorigine delle discrepanze abbiamo studiato la seguente funzione : dN/d = x(dN dd /d )+(1-x)(dN hs /d ) Comprendere in che misura le interazioni DD influiscono sulla nostra misura e se il contributo è dipendente dal tuning usato

9 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 9 Problematiche sperimentali [R.Field] Preliminary dN/d P t > 0 GeV/c P t > 0.9 GeV/c Preliminary Il problema per effettuare questa misura è nel limite sul P t minimo delle tracce che ci viene imposto della risoluzione degli apparati sperimentali. tracce MB ~ TeV/c tracce MB ~ GeV/c Attualmente nelle configurazioni standar il Pt minimo è 1 Gev/c Poter scendere è fondamentale altrimenti ricostruiamo solo il 10% della attività. Si devono trovare setup che mantengano il giusto rapporto fra efficienza e purezza. Si deve tener conto del Multiple Scattering Sviluppo di metodi alternativi (semplice conteggio e non vera ricostruzione)

10 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 10 Misura del UE ad LHC Jet carichi: La topologia dellinterazione p-p viene desunta dallinformazione sulle tracce cariche, ricostruendo i jet con ICA (input particelle cariche senza massa) Il jet carico più energetico definisce una direzione nel piano La regione trasversa è particolarmente sensibile al UE 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) Osservabili principali: dN/d d, densità di carica d(PT sum )/d d, densità di energia

11 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 11 Jet carichi e Jet calorimetrici Confronto con i jet calorimetrici: HLT i jet sono ricostruiti con le informazioni delle torri ed utilizzando in ICA (0.5) Jet Carichi sono ricostruiti con ICA (0.7) usando come input le tracce in approssimazione massless R fra il Jet carico più energetico ed il jet calorimetrico più vicino Calibrazione e risoluzione Jet Carichi (P T REC -P T MC )/P T MC VS P T MC P T >0.9 GeV/c | |<1

12 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 12 Studi a livello di ricostruzione (Jets) dN ch /d d VS dPT sum /d d VS PT>0.9 | |<1 toward away transverse away MB JET60 JET120 toward away transverse away Densità di Tracce ed Energia MB = almeno un jet calorimetrico con Pt>20 GeV/c JET60 = almeno un jet calorimetrico con Pt>60 GeV/c JET120 = almeno un jet calorimetrico con Pt>120 GeV/c

13 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 13 Studi a livello di ricostruzione (Jets) Regione Trasversa / PT>0.9 | |<1 PT jet1 GeV/c MC MB JET60 JET120 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.

14 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 14 Studi a livello di ricostruzione (Jets) Rapporto PT>0.9 / PT>0.5 MC MB JET60 JET120 Rapporto di / PT jet1 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 Perfetto laccordo delle distribuzioni fra MC e RECO Con questo approccio non dobbiamo più introdurre fattori di correzione dovuti alla ricostruzione delle tracce e dei jet

15 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 15 Studio a livello di ricostruzione (D-Y) MC REC / M(,) MC REC Regione Trasversa 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 le correzioni alla masse dei dimuoni e lefficienza e purezza delle tracce.

16 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 16 Studio a livello di ricostruzione (D-Y) Regione Trasversa – Muoni Isolati Muoni Isolati nessuna traccia con Pt> 0.9 GeV/c in un cono di raggio 0.3 nel piano h-f attorno alla direzione del muone 76.9% di efficienza per eventi D-Y Nessun evento QCD supera la selezione MC / MC

17 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 17 Sviluppi futuri analisi UE Ad LHC abbiamo processi diffrattivi "duri" del tipo pp->pXp, attribuibili in generale a DPE (Double Pomeron Exchange). –La sezione d'urto per questi processi duri DPE non e' trascurabile (O(1mb)). Un tipico pattern di un DPE e' avere due protoni nello stato finale (rivelabili con TOTEM o forward detector) e Large Rapidity Gaps (LRG) tra i protoni e X. –I rapidity gaps sono intervalli di rapidità praticamente vuoti (no or few charged/neutral particles) –noi non vogliamo creare bias e quindi andremo solo a controllare la presenza dei protoni Allora X può essere un jet, e può essere usato per settare una scala di energia (esempio PT del jet carico). Possiamo quindi comparare produzione di jet non diffrattiva (la maggior parte) e produzione di jet diffrattiva e studiare UE(PT_jet_carico). La cosa interessante, e' che in pratica NELL'EVENTO DIFFRATTIVO NON POSSONO ESSERCI MULTIPLE INTERACTIONS!!! Attraverso questa metodologia sperimentale possiamo meglio studiare gli effetti delle varie componenti dellUE (radiazione, remnants, multiple interactions). Per generare gli eventi duri DPE, plausibilmente useremo POMWIG (purtroppo nei MC standard questi processi non ci sono). [P.Bartalini, M.Grothe]

18 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 18 Conclusioni Per lo studio del UE ne è stata dimostrata la fattibilità per eventi con Topologia D-Y e Di-Jet –Capaci di distinguere fra diversi tuning usando il rapporto fra le variabili del UE ricostruite con diverse soglie per il Pt delle tracce –Si sta indagando anche la possibilità di studiare UE attraverso eventi diffrattivi Per i primi risultati di fattibilità della misura del MB stiamo lavorando per diminuire la soglia del Pt minimo delle tracce (< 500 MeV/c) Si è continuato nello sviluppo dei Tuning per Pythia sia ATLAS che CMS hanno adottato il Tune DWT –Si stanno indagando i nuovi risultati ottenuti nel confronto con i dati du UA5

19 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 19 Conclusioni Talk di P.Skands durante MC4LHC molti spunti interessanti su nuove modellizzazioni per descrivere UE ppt Il progresso teorico è in qualche modo più avanti rispetto a quello sperimentale. Pythia 6.3 e i relativi modelli UE, power shower etc. sono sul mercato da un pò, ma in pratica ancora nessuno li ha guardato.

20 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 20 [P.Skands]

21 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 21 Studi a livello generatore (Jets) dN/dd dPT sum /dd PT>0.9 | |<1 La crescita per PT>50 GeV/c è dovuta alle radiazioni (ISR+FSR)

22 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 22 Studi a livello generatore (D-Y) PT>0.9 | |<1 PT>0.5 | |<1 dN/dd dPT sum /dd

23 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 23 Studi a livello generatore (D-Y) dN/dd dPT sum /dd M(,) Rapporto 0.9/0.5 PT Tracce 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

24 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 24 Ricostruzione tracce soffici Parametrizzazione Standard Lalgoritmo per la ricostruzione delle tracce come possiamo vedere da questi plot nella configurazione standard garantisce un efficienza > 90% ed una purezza < 1% QCD con range Pt fra 20 e 30 GeV/c

25 24/10/06Filippo Ambroglini - MCWS Frascati 25 Ricostruzione tracce soffici Nuova Parametrizzazione Modificando i parametri del algoritmo di ricostruzione delle tracce vediamo che diminuendo il P t minimo a 500 MeV le prestazioni rimangono sempre su livelli accettabili con efficienza > 85% e purezza < 2% QCD con range Pt fra 20 e 30 GeV/c


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