Verso la misura di F 2 high y nella prospettiva della misura di F L D Valentina Sola Università di Torino Relatore: Ada Solano Correlatore: Marta Ruspa

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20082 Indice Introduzione teorica Motivazione della misura Introduzione allesperimento ZEUS Campioni di dati e Monte Carlo Plot di controllo Sviluppo e test del codice per creare i Root Trees Primo sguardo alla misura di F 2 D(3) Lavoro da fare entro luglio

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20083 HERA e p Unico collider ep al mondo (circonferenza 6.3 Km) In funzione dal 1992 al 2007 I fasci collidevano ogni 96 ns Poteva accelerare e - o e + (e + nel periodo ) E e = 27.5 GeV Nellultimo periodo HERA ha accelerato p a tre differenti energie del fascio: HER: E p = 920 GeV s = 318 GeV LER: E p = 460 GeV s = 225 GeV MER: E p = 575 GeV s = 252 GeV Misura di F L (si veda dopo) H1 ZEUS

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20084 Cinematica dellinterazione ep a HERA Deep Inelastic Scattering (DIS) Q 2 1 GeV 2 Fotoproduzione (PHP) Q 2 0 Q2Q2 W p energia nel centro di massa ep Q 2 = -q 2 = -(p e -p e ) 2 quadrato del quadrimomento trasferito (virtualità del fotone) W 2 = (q+p p ) 2 quadrato dellenergia nel centro di massa *p x = Q 2 /2p p ·q frazione del momento del protone portata dal partone colpito y = p p ·q/p p ·p e frazione dellenergia dellelettrone portata dal fotone nel sistema a riposo del protone GeV ÷ 10 5 GeV 2 4·10 2 ÷ 9·10 4 GeV < x < < y < 1

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20085 Sezione durto ep Lo scopo fondamentale degli esperimenti a HERA è lo studio della struttura del protone Sezione durto inclusiva ep eX in termini delle funzioni di struttura F 2 e F L : dove Y + = 1 + (1-y) 2 σ r (x,Q 2,y) = sezione d'urto high y non si può ignorare il contributo di F L alla sezione durto Q2Q2 W p

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20086 Funzione di struttura longitudinale F L Per separare F 2 e F L si misura la sezione durto ridotta a un valore di x e Q 2 fissato, ma a differenti valori di y differenti valori di s (da Q 2 = sxy ) σ r a due differenti energie del fascio di protoni F L = differenza (piccola) tra sezioni durto misurate a differenti energie del fascio È necessario un grande braccio di leva (differenza di y)

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20087 Evento non diffrattivo Evento diffrattivo ep eX ep eXp Diffrazione a HERA IP Q2Q2 t W X LRG e e * p p Gli eventi diffrattivi contribuiscono fino a un massimo del 15% della sezione durto DIS Q2Q2 W p X LRG

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20088 Cinematica ep eXp CTD+SRTD+ HES+CAL CAL+CTD LPS Lungo la beampipe IP ( IR ) smontato nel 2000 x = β·x IP Q 2 = - (p e – p e ) 2 W 2 = (q + p p ) 2 (M X ) 2 = (q + p IP ) 2 t = (p p – p p ') 2 frazione del momento del IP portata dal quark colpito frazione del momento del protone portata dal IP · · ·

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/20089 Sezione durto diffrattiva Sezione durto diffrattiva ep eXp in termini della sezione durto ridotta σ r D : dove σ r D(4) (β,Q 2,x IP,t) = F 2 D(4) (β,Q 2,x IP,t) – y 2 /Y + ·F L D(4) (β,Q 2,x IP,t) Quando t non è misurato: σ r D(3) (β,Q 2,x IP )=σ r D(4) (β,Q 2,x IP,t)dt

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ F L a ZEUS A ZEUS e H1 sono attualmente in corso le prime misure dirette di F L basate sui campioni HER, LER e MER e /07 Misure preliminari di F L mostrate a DIS08 In prospettiva ZEUS vuole produrre anche una misura di F L D Misura di F 2 D sui dati 2006/07 (mai analizzati prima in diffrazione) Misura di F 2 high y Misura di F L D utilizzando i dati raccolti a diverse s Due analisi indipendenti come d'uso Collaborazione stretta con il gruppo di F L

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Misura diretta di F L a ZEUS Ricostruzione delle variabili cinematiche usando lelettrone diffuso: Metodo dellelettrone: Q 2 EL = 2 E e E e (1 + cosθ e ) e y EL = 1 – E e /2E e (1 - cosθ e ) x EL = Q 2 EL / s·y EL Alto s / Basso y Elettrone diffuso di alta energia ben ricostruito nel calorimetro Lelectron finding è facile Non ci sono fondi rilevanti FACILE Basso s / Alto y Elettrone diffuso di bassa energia da identificate nel calorimetro Lelectron finding è difficile A basso Q 2 grande fondo PHP, principalmente fotoni e pioni vengono confusi per un elettrone È necessario un buon sistema di tracciamento a piccolo angolo di diffusione dell'elettrone Capire il fondo rivelando gli eventi PHP DIFFICILE

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Il rivelatore ZEUS p e Micro-Vertex Detector (microstrip di silicio) Camere per muoni (tubi a streamer) Solenoide superconduttore (1.4 T) Central Tracking Detector (camera a drift) Calorimetro a uranio e scintillatore Giogo di ritorno del campo magnetico

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Monte Carlo e Offline Software FUNNEL Simulazione Monte Carlo (MC) MODELLO FISICO ZDIS Generazione degli eventi MOZART Simulazione del detector CZAR/ZGANA Simulazione del trigger DATI ZEPHIR Ricostruzione degli eventi ORANGE Costruzione dei Root Trees Analisi dei Root Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Campioni di dati & MC Dati Positroni 2006/07 (run run 61661) Luminosità = 41 pb -1 MC - DIS – DJANGOH (Q 2 > 4 GeV 2 ) 10M (30.5 pb -1 ) - PHP – PYTHIA (Q 2 < 4 GeV 2 ) 20M (9.6 pb -1 ) Fattore di normalizzazione = 2.07 (dal gruppo di F L ) - DIFF - RAPGAP (Q 2 > 4 GeV 2 ) ~ 1M (35.1 pb -1 ) Pomeron (IP) exchange Inizialmente utilizzo di Root Trees dal gruppo di F L

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ DIS Dal gruppo di F L

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ DIS control plots - I EeEe θ EL E-p z γHγH MC normalizzato alla luminosità dei dati (MC = DJANGOH + PYTHIA)

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ DIS control plots - II Q 2 EL x EL y EL z vtx Buon accordo tra dati e MC

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ x IP GAP Q2Q2 W t η MAX e selezione diffrattiva N = protone Si dissocia solo il fotone (Single Diffraction, SD) N = stato di bassa massa proveniente dalla dissociazione del protone Si dissociano sia il fotone sia il protone (Double Diffraction, DD) Rappresenta un fondo rilevante nei campioni SD Si selezionano eventi diffrattivi richiedendo assenza di particelle (GAP) tra il protone e il sistema adronico finale X Taglio sulla massima pseudorapidità η MAX

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Distribuzione di η MAX Manca MC nella regione diffrattiva DD mancante nel MC Il picco nel MC è spostato rispetto a quello nei dati Cambiare!!!

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Primo sguardo ai dati diffrattivi Dati per η MAX < 2.2 dopo il taglio in η MAX : eventi (6.4%) Dati per η MAX > 2.2 MXMX x IP β E FCAL

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Copertura cinematica dei dati diffrattivi Q 2 vs βQ 2 vs x IP β vs x IP Q 2 vs y

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Q 2 vs βQ 2 vs x IP β vs x IP Q 2 vs y Copertura cinematica del MC diffrattivo

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Control plots per η MAX < I Q 2 EL y EL x EL EeEe (MC = DJANGOH + PYTHIA + RAPGAP) DD Monte Carlo mancante

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Control plots per η MAX < II Differenza tra dati e MC Dati = / MC = % in meno rispetto ai dati MXMX β x IP W

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ In sintesi... Plot dati/MC per il campione DIS OK (confrontabili con quelli dellanalisi di F high y) Plot dati/MC per il campione diffrattivo Confrontabili con quelli della seconda analisi Work in progress: si vogliono investigare le differenze tra dati e MC attraverso uno studio sulle variabili generate Trovato un baco nell'interfaccia tra RAPGAP e il software di ZEUS Le variabili diffrattive a livello del MC generato erano vuote (t, x IP, β...) È stato necessario del lavoro tecnico per implementarle

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Sviluppo e test del codice - I Nuovi campioni MC prodotti con RAPGAP per aggiungere le variabili diffrattive a livello del MC generato in ORANGE: oCampione di RAPGAP MC con pomeron (IP) exchange oCampione di RAPGAP MC con reggeon (IR) exchange per poterne confrontare la copertura cinematica con quella del campione di IP Campione di SATRAP MC per valutare la dipendenza dal modello Nuovo ORANGE job (il mio job!) Nuova versione di FUNNEL (Num07t1.0) Nuova versione di ORANGE (v2007a.2) Test per capire se le nuove versioni (ORANGE & FUNNEL) incidono sul campione

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Versione di ORANGE: 2007a.2 Aggiunto un blocco per le variabili diffrattive a livello del MC generato DATI: 2006/07 e + Confronto tra i Root Trees del gruppo di F L e i miei Root Trees test del mio job Versione di FUNNEL: Num07t1.0 MC: Confronto tra RAPGAP IP con la versione di FUNNEL Num03t3.1 e RAPGAP IP con la versione di FUNNEL Num07t1.0 test sulla nuova versione del MC Sviluppo e test del codice - II

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (DIS selection) - I EeEe E-p Z old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (DIS selection) - II Q2eQ2e xexe old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (DIS selection) - III θeθe γhγh old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (DIS selection) - IV yeye z vtx old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (DIS selection) - V η MAX old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (η MAX selection) - I Q2eQ2e xexe old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (η MAX selection) - II yeye EeEe old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (η MAX selection) - III MXMX x IP old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Data check (η MAX selection) - IV β W old = F L Group Trees new = my Trees

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ RAPGAP check (DIS selection) η MAX old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ RAPGAP check (η MAX selection) - I Q2eQ2e xexe old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ RAPGAP check (η MAX selection) - II yeye E e old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ RAPGAP check (η MAX selection) - III MXMX x IP old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ RAPGAP check (η MAX selection) - IV β W old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Risultato dei test Check sui dati OK! Il mio ORANGE job è corretto Check sul MC scalato e non in perfetto accordo Simulazione del trigger?! Correzioni sullenergia?! In corso dopera Studi sul MC generato per capire i campioni IP e IR Studi per capire le differenze tra dati e MC per ottenere un MC che descriva bene i dati, così da poter calcolare risoluzioni, correlazioni tra MC generato/MC ricostruito, purezze, accettanza...

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Un primo sguardo a F 2 D(3) NB: Non si hanno a disposizione le variabili generate nel MC: nessuno studio possibile sullaccettanza Nessuno studio sui possibili fondi nessuna correzione Per ottenere una prima misura di σ r D(3) si e usata la relazione: con x IP F 2 D(3) (x IP,β,Q 2 ) = dt [x IP ·f IP (x IP,t)·F 2 IP (β,Q 2 )] dalle parametrizzazioni di H1 Stesso metodo dellanalisi diffrattiva inclusiva LRG 2000 appena conclusa MC = RAPGAP IP H1 Fit B

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Copertura cinematica dei dati Copertura cinematica dei dati diffrattivi 2006/07 in Q 2, M X, x IP I bin dell'analisi LRG 2000 sono sovrapposti Misura di F 2 D(3) effettuata nella regione indicata

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ F 2 D(3) 2006/07 preliminare Dati = 2006/07 e + MC = RAPGAP IP H1 Fit B Le misure non sono corrette per possibili contributi di fondo (in particolare il DD)

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Confronto con la 2 a analisi x IP M X [GeV] Q 2 [GeV 2 ] Anna / Valentina

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Lavoro svolto Prima analisi di F 2 D(3) per i dati 2006/07 e + confrontabile con la misura basata sui dati del 2000 attualmente in corso di pubblicazione Nuovo codice per la produzione dei Root Trees Distribuzioni consistenti con quelle del gruppo di F L Nuovi campioni di MC

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Lavoro futuro Verso la misura di F 2 high y Studio sul MC: risoluzioni correlazioni MC generato/MC ricostruito ottimizzazione del binning Studio dei fondi: PHP nel high y contributo di DD Estrazione della sezione durto

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Backup

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Il taglio in η MAX

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Backward Tracking Idea: creare una "road" fra candidato e + (energia e posizione) vertice dellevento (misurato con precisione dallattività adronica) e cercare gli hit su questa "road" Procedura: 1.Creare una "road" (cono ellittico) 2.Creare una lista di strip/fili dellMVD/CTD che siano geometricamente sovrapposti alla "road" 3.Trovare gli hit effettivamente misurati dallMVD/CTD Questa procedura permette di separare DIS e PHP a basso Q 2

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Photoproduction Background 6m Tagger: è un rivelatore posto a 5.37 m dal punto di interazione, è stato installato nel 2001 per misurare elettroni per gli eventi Bethe-Heitler Ha unaccettanza prossima al 100% per elettroni diffusi in eventi Bethe- Heitler (fotoproduzione) in una ristretta finestra di energia (~ GeV) Il range di energia accettata dipende dalla posizione del fascio e dalleffetto dei magneti prossimi al punto dinterazione, e utilizzando fasci di e + si può accedere a energie più basse delle diffuso Il 6m Tagger è un componente determinante per capire il fondo di fotoproduzione nel campione ad alto y e per stimare il fattore di normalizzazione da assegnare al PHP MC

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Perché diffrazione? massimo diffrattivo massimo secondario che decresce al crescere dellenergia b R 2 /4 : la t-slope b è legata alle dimensioni del bersaglio (R) Scattering elastico pp

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Perché diffrazione ad HERA? Fotoni reali e virtuali possono fluttuare in diversi stati adronici Ad HERA x è molto piccolo: lungo tempo di vita adronica del fotone diffusione diffrattiva fotone-protone in perfetta analogia con la diffusione diffrattiva adrone-adrone * mesone vettore, qq, qqg... * (sistema di riferimento del protone a riposo) q q ~ 1/Q ~1/x

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Nel Naive Quark Parton Model: F 2 = F 2 (x) = i=q e i 2 ·x·q i (x) x frazione del momento del protone portata dal partone colpito q i (x) funzione di distribuzione del momento dei partoni Q2Q2 W p F L = F L (x) = α S /4π·x 2 x 1 [16/3·F 2 +8· i=q e i 2 (1-x/z)z·g(x)]/z 3 dz g(x) densità gluonica nel protone legata alla sezione durto del fotone polarizzato longitudinalmente: nel Quark-Parton Model: σ L = 0 F L = 0 F L diversa da zero in pQCD, al LO:

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ F 2 = F 2 (x) = i=q e i 2 ·x·q i (x) F L = F L (x) = α S /4π·x 2 x 1 [16/3·F 2 +8· i=q e i 2 (1-x/z)z·g(x)]/z 3 dz x frazione del momento del protone portata dal partone colpito q i (x) funzione di distribuzione del momento dei partoni g(x) densità gluonica nel protone

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Control Plots aggiungendo RAPGAP - I Cè troppo MC Gli eventi diffrattivi sono contati due volte Q2Q2 x EL E-p z EeEe

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Control Plots aggiungendo RAPGAP - II MXMX x IP β E FCAL Dati = / MC = % in più rispetto ai dati!

V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/ Risoluzioni del detector CTD: σ(p T )/p T = ·p T /p T p T in GeV CAL: σ(E)/E = 0.18/E leptoni E in GeV σ(E)/E = 0.35/E adroni