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.

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1 Verso la misura di F 2 D(3) @ high y nella prospettiva della misura di F L D Valentina Sola Università di Torino Relatore: Ada Solano Correlatore: Marta Ruspa

2 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

3 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 2006-07) 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

4 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 225 - 318 GeV 10 -1 ÷ 10 5 GeV 2 4·10 2 ÷ 9·10 4 GeV 2 10 -6 < x < 1 10 -4 < y < 1

5 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 ridotta @ high y non si può ignorare il contributo di F L alla sezione durto Q2Q2 W p

6 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)

7 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

8 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 · · ·

9 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

10 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200810 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 + 2006/07 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 D @ 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

11 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200811 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

12 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200812 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

13 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200813 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

14 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200814 Campioni di dati & MC Dati Positroni 2006/07 (run 60235- 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

15 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200815 DIS Dal gruppo di F L

16 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200816 DIS control plots - I EeEe θ EL E-p z γHγH MC normalizzato alla luminosità dei dati (MC = DJANGOH + PYTHIA)

17 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200817 DIS control plots - II Q 2 EL x EL y EL z vtx Buon accordo tra dati e MC

18 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200818 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

19 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200819 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!!!

20 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200820 Primo sguardo ai dati diffrattivi Dati per η MAX < 2.2 dopo il taglio in η MAX : 102530 eventi (6.4%) Dati per η MAX > 2.2 MXMX x IP β E FCAL

21 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200821 Copertura cinematica dei dati diffrattivi Q 2 vs βQ 2 vs x IP β vs x IP Q 2 vs y

22 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200822 Q 2 vs βQ 2 vs x IP β vs x IP Q 2 vs y Copertura cinematica del MC diffrattivo

23 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200823 Control plots per η MAX < 2.2 - I Q 2 EL y EL x EL EeEe (MC = DJANGOH + PYTHIA + RAPGAP) DD Monte Carlo mancante

24 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200824 Control plots per η MAX < 2.2 - II Differenza tra dati e MC Dati = 102530 / MC = 75140 27% in meno rispetto ai dati MXMX β x IP W

25 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200825 In sintesi... Plot dati/MC per il campione DIS OK (confrontabili con quelli dellanalisi di F 2 @ 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

26 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200826 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

27 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200827 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

28 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200828 Data check (DIS selection) - I EeEe E-p Z old = F L Group Trees new = my Trees

29 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200829 Data check (DIS selection) - II Q2eQ2e xexe old = F L Group Trees new = my Trees

30 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200830 Data check (DIS selection) - III θeθe γhγh old = F L Group Trees new = my Trees

31 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200831 Data check (DIS selection) - IV yeye z vtx old = F L Group Trees new = my Trees

32 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200832 Data check (DIS selection) - V η MAX old = F L Group Trees new = my Trees

33 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200833 Data check (η MAX selection) - I Q2eQ2e xexe old = F L Group Trees new = my Trees

34 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200834 Data check (η MAX selection) - II yeye EeEe old = F L Group Trees new = my Trees

35 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200835 Data check (η MAX selection) - III MXMX x IP old = F L Group Trees new = my Trees

36 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200836 Data check (η MAX selection) - IV β W old = F L Group Trees new = my Trees

37 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200837 RAPGAP check (DIS selection) η MAX old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

38 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200838 RAPGAP check (η MAX selection) - I Q2eQ2e xexe old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

39 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200839 RAPGAP check (η MAX selection) - II yeye E e old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

40 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200840 RAPGAP check (η MAX selection) - III MXMX x IP old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

41 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200841 RAPGAP check (η MAX selection) - IV β W old = Num03t3.1 new = Num07t1.0

42 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200842 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...

43 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200843 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

44 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200844 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

45 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200845 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)

46 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200846 Confronto con la 2 a analisi x IP 10 -3 10 -2 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 M X [GeV] 3 5 8 13 Q 2 [GeV 2 ] 22 30 40 50 65 85 Anna / Valentina

47 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200847 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

48 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200848 Lavoro futuro Verso la misura di F 2 D @ high y Studio sul MC: risoluzioni correlazioni MC generato/MC ricostruito ottimizzazione del binning Studio dei fondi: PHP nel campione @ high y contributo di DD Estrazione della sezione durto

49 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200849 Backup

50 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200850 Il taglio in η MAX

51 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200851 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

52 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200852 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

53 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200853 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

54 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200854 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

55 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200855 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:

56 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200856 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

57 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200857 Control Plots aggiungendo RAPGAP - I Cè troppo MC Gli eventi diffrattivi sono contati due volte Q2Q2 x EL E-p z EeEe

58 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200858 Control Plots aggiungendo RAPGAP - II MXMX x IP β E FCAL Dati = 1609468 / MC = 1792303 11% in più rispetto ai dati!

59 V. SolaSeminario di Metà Tesi - 18/04/200859 Risoluzioni del detector CTD: σ(p T )/p T = 0.0058·p T + 0.0065 + 0.0014/p T p T in GeV CAL: σ(E)/E = 0.18/E leptoni E in GeV σ(E)/E = 0.35/E adroni