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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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Filippo Ambroglini - IFAE
Sommario Perché effettuare studi di MB e UE Introduzione alla terminologia Osservabili e strategie di Misura per UE a LHC Filippo Ambroglini - IFAE
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Motivazioni allo studio del Minimum Bias e dell’Underlying Event
Studio della “soft” QCD I Modelli forniscono una connessione profonda ad aspetti fondamentali delle collisioni adrone- adrone Struttura degli adroni, Fattorizzazione delle interazioni Tuning dei Modelli Monte Carlo Comprensione del rivelatore Occupanze, Backgrounds etc. Calibrazione di tools di primaria importanza Jet Energy, Missing Energy, Jet Vetoes, Vertex Reconstruction, Photon/Lepton Isolation Filippo Ambroglini - IFAE
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Minimum Bias (MB) Generica interazione particella-particella. Elastici + Inelastici (inclusi Diffractivi). ~ 100 LHC. Soft. Low PT, low Multiplicity. Che cosa si osserverebbe con un detector/trigger completamente inclusivo. All’LHC, molte interazioni MB possono aver luogo in un singolo beam crossing. <Nint> = Linst * s. MB può anche essere registrato se sono prodotte altre interazioni in grado di attivare il trigger. 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. Filippo Ambroglini - IFAE
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Underlying Event (UE) Tutta l’attività di una singola interazione particella-particella oltre al processo “interessante”. Initial State Radiation (ISR). Final State Radiation (FSR). Spectators. MPI interazioni partoniche multiple [T. Sjöstrand et al. PRD 36 (1987) 2019] UE è correlato al relativo processo “interessante”. Condivide il vertice di interazione. L’attività dell’underlying event cresce con la scala di energia del evento associato Pedestal effect. Non è sempre qualcosa di “fastidioso” ! Ex. Ricostruzione del vertice in Hgg. UE ≠ MB ma alcuni aspetti e concetti sono simili Studio di Multiplicità & PT delle tracce cariche. Filippo Ambroglini - IFAE
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Strategie per la misura del UE ad LHC
Jet carichi: La topologia dell’interazione p-p viene desunta dall’informazione sulle tracce cariche, ricostruendo i jet con ICA (input particelle cariche senza massa) Il jet carico più energetico definisce una direzione nel piano f La regione trasversa è particolarmente sensibile al UE Osservabili prinicipali: dN/dhdf, densità di carica d(PTsum)/dhdf, 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 f (dopo aver rimosso la coppia di m tutto il resto è UE) Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello generatore (Jet carichi)
dN/dhdf La crescita per PT>50 GeV/c è dovuta alle radiazioni dei gluoni (ISR+FSR) dPTsum/dhdf PT>0.9 |h|<1 Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello generatore (D-Y)
dN/dhdf dPTsum/dhdf PT>0.5 |h|<1 PT>0.9 |h|<1 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 Filippo Ambroglini - IFAE
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Trigger per UE in Jets Attualmente non si ha un trigger specifico per il MB. Trigger dedicato: trigger sui p0, trigger sulle torri calorimetriche, jet soffice, forward trigger… Utilizzando altre stream: 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 Per questi studi sono state utilizzate le seguenti soglie di trigger, richiedendo almeno 1 jet calorimetrico con PT>20 GeV/c (MB trigger) PT>60 GeV/c PT>120 GeV/c Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - Distibuzioni di densità dNch/dhdf VS Df dPTsum/dhdf VS Df toward away transverse toward away transverse MB JET60 JET120 PT>0.9 |h|<1 Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - regione trasversa
<Nch>/DhDf <PTsum>/DhDf PT>0.9 |h|<1 MC MB JET60 JET120 PT jet1 GeV/c PT jet1 GeV/c Gli eventi sono stati pesati con le sezioni d’urto: le barre di errore sono dominate dall’incertezza statistica Luminosità è arbitraria ma scalata correttamente per ogni trigger Buono l’accordo delle distribuzioni fra MC e RECO Le differenze sono compatibili con le correzioni aspettate per i jet carichi e l’efficienza e fake delle tracce. Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (Jet carichi) - regione trasversa
Rapporto PT>0.9/PT>05 |h|<1 <PTsum>/DhDf MC MB JET60 JET120 PT jet1 GeV/c Le differenze fra MC e RECO vengono assorbite nel rapporto e non si devono più applicare correzioni Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y) Regione trasversa
MC REC MC REC <Nch>/DhDf <PTsum>/DhDf M(m,m) GeV/c M(m,m) GeV/c Si ha poca statistica per eventi con Z off-shell: le barre di errore sono dominate dall’incertezza statistica Luminosità è arbitraria ma scalata correttamente Buono l’accordo delle distribuzioni fra MC e RECO Le differenze sono compatibili con le correzioni aspettate per i jet carichi e l’efficienza e fake delle tracce. Filippo Ambroglini - IFAE
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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 Filippo Ambroglini - IFAE
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Backup slides
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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 PT interactions osservate da AFS, UA2, CDF!!! Modello con parametro d’impatto variabile tra gli adroni; la materia adronica può essere descritta da Gaussiane Interazioni partoniche multiple in una singola collisione adronica Parametro principale: PT cut-off d Impact Parameter Regolarizzazione delle sezioni d’urto per PT 0 Può essere interpretato come l’inverso di una lunghezza di screening Controlla il numero di interazioni partoniche e conseguentemente le molteplicità Introduce correlazioni IP nelle Multiple Parton Interactions! < Nint > = sparton-parton /sproton-proton Pedestal Effect Filippo Ambroglini - IFAE
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Tuning MC ed estrapolazioni ad LHC
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 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 La sensibilita' all'attivita' underlying aumenta selezionando topologie di stato finale particolari: jets ATLAS (Pythia6.214) [A.M.Moraes et al., hep- ph/ ] 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 Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y)
(MmmRec – MmmMC)/MmmMC (MmmRec – MmmMC)/MmmMC VS MmmMC PT>0.9 |h|<1 M(m,m) Gev/c Lo spostamento sistematico della massa è da attribuirsi alla simulazione. Filippo Ambroglini - IFAE
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Studi a livello di dati ricostruiti (D-Y) Regione trasversa (isolamento) <Nch>/DhDf <PTsum>/DhDf MC MC Reco Reco M(m,m) GeV/c M(m,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 h-f lungo la direzione del m Efficienza del 76.9% su eventi D-Y nessun evento di QCD (22) supera il taglio di isolamento L’attuale statistica che abbiamo a disposizione non ci consente di effettuare predizioni ragionevoli al di sopra dei 100 GeV/c Filippo Ambroglini - IFAE
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