Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Konrad Jende

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

Konrad Jende

1. Ziele und Aufgaben

2. Herkunft der Daten/Voraussetzungen

3. Einführung in das Programm MINERVA

4. Ereignisse und Wissenswertes

5. Datenanalyse


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Arbeit an originalen Daten (bzw. an original simulierten Daten ;) eines

Teilchenbeschleunigerexperimentes; hier: ATLAS (CERN)

Analyse einer Datenstichprobe

Sie können Teilchen identifizieren und LHC-Ereignisse klassifizieren

Sie kennen Signaturen von Ereignissen aus Proton-Proton-Kollisionen

Sie gewinnen Einblick in die Struktur des Protons (Bestätigung der

Quarkzusammensetzung)

Aufgabe:

1. Bestätige die Quarkstruktur des Protons!

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Z/A

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Daten

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – MINERVA

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Atlantis Canvas

Ansicht des Ereignisses (Proton-Proton-Kollision) in … Strahlrichtung (Querschnitt) Seitenansicht Einer Ansicht zur leichteren räumlichen Identifizierung der Kalorimetereinträge

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Atlantis GUI

Steuerfenster mit:

Steuermenü Werkzeugleiste Steuerkarteikarten Infobildschirm

Dateiladen unter FilesQuellverzeichnisanzeigePfeilsteuerung zum Vorwärts- und Rückwärtsspringen in der EreignisfolgeLupenfunktion zum Vergrößern/VerkleinernFinger drauf! Funktion zum Anklicken von bspw. Spuren im EreignisbildFisheye – zum schnellen und geschickten Ansehen von Ereignisspuren

Cuts – Festlegen von Schnitten zur Datenauswahl eines Ereignisses: wie beispielsweise dem Schnitt auf pt

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Wie werden die einzelnen

Elementarteilchen oder Objekte identifiziert?

Welche Teilchen/Objekte sollst Du identifizieren können (zur Vorbereitung

der Messung)?

1. Elektron/Positron

2. Myon/Antimyon

3. Neutrinos (über Missing ET)

4. Jets

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Objekt Spurdetektor Elektromag-netisches Kalorimeter

Hadronisches Kalorimeter

Myonen-kammern

ElektronPositron

MyonAntimyon

Neutrino

Jet

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Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf?

eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 1

Signale

O la la … viele Spuren!

Lasst uns nur die heraussuchen, die einen hohen transversalen Impuls mitbringenDazu:1. Cuts-Karteikarte im

Steuerkateikarten auswaehlen2. Unter Pt (Achtung: Haekchen

muss davor sein) den Wert auf 10.0 GeV stellen

3. Mit Enter bestaetigen

Nun sollte dieses Bild erscheinen …

Was sehen wir hier?

In der Seitenansicht zeigt sich ein 1. Lepton (hellblaue Spur im

Spurdetektor, die auf einen hohen transversalen Impuls hinweist, und lediglich Eintraege im elektromagnetischen Kalorimeter

2. Hohe Missing ET (verlorene Energie) – zu sehen im Kasten im Legoplot und damit ein Geisterteilchen (Neutrino)

Also haben wir ein Elektron/Positron und ein Neutrino, die aus dem Zerfall eines W Bosons kommen

Elektron oder Positron?

1. Markiere die Spur des betreffenden Teilchens in der Seitenansicht

2. Im Infofenster siehst Du Informationen zur nun grau gezeichneten Spur

3. Das Vorzeichen des PT Wertes verraet Dir das Vorzeichen der elektrischen Ladung

4. Hier ist es ein Plus und damit ein Positron

Damit hast Du ein Ereignis gefunden

eνeW

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Signale

eνeW

15


Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet


eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

16


Signale

μνμW

17


Signale

μνμW

18


Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet


eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

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eνebqqb

WbWbtt

Untergrund

Selbst der Schnitt auf PT=10GeV bringt nicht viel

Schauen wir uns die Eigenschaften des Ereignisses an:

1. Hohe Missing ET (86 GeV) – mind. Ein Neutrino2. Ein Elektron (Seitenansicht nach unten links)3. 2. 2 Jets (Seitenansicht: nach oben links und nach unten rechts) mit hohen

senkrechten Impulsen

Dies ist eine klare Signatur für die Erzeugung eines Top-Antitop-Paars. Das top-Quark ist das schwerste Quark (171 GeV/c2) und zerfällt nach ca. 10-25s stets in ein bottom-Quark und einen W-Boson.Das bottom-Quark bildet einen Jet aus, während das W-Boson entweder leptonisch zerfallen kann (wie unsere Eventbeispiele 1 – 4) oder hadronisch unter Erzeugung weiterer Jets – wie in diesem Ereignis.Beide b-Quarks zerfallen unabhängig!

ttbar

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qqbνμb

WbWbttμ

Untergrund

ttbar

Schnitt auf PT=10 GeV

Die Jets bei diesem ttbar-Ereignis verlaufen mehr in Vorwärtsrichtung!

Dennoch haben wir hier hohe MissingET-Werte und ein Anti-Myon (Seitenansicht nach links oben)

Beide Leptonen haben unterschiedliches Vorzeichen in der elektrischen Ladung!

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μe νμbνeb

WbWbtt

Untergrund

ttbar

Schnitt auf PT=10 GeV

Positron nach unten, Myon nach links unten (in Seitenansicht)Hohe MissingET

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Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet


eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 8 eeZ0

Untergrund

Schnitt auf PT=10GeV

1 Elektron (Seitenansicht nach rechts)1 Positron (Querschnitt und Seitenansicht)Keine Missing ET (Keine Neutrinos)

In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen ist.Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 9 μμZ0

Untergrund

Schnitt auf PT=15GeV

1 Myon (Seitenansicht nach oben)1 Antimyon (Seitenansicht nach unten)Keine Missing ET (Keine Neutrinos)

In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Myon-Antimyon-Paar zerfallen ist.Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

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τeτe ννeννe

ττZ

0Untergrund

Schnitt auf PT=10GeV1 Elektron (Seitenansicht nach links)1 Positron (Seitenansicht nach unten links)Missing ET (Neutrinos)

Sieht aus wie ein Z, das in Elektron-Positron-Paar zerfällt. Allerdings gibt es Missing ET.Das Z Boson kann auch in ein Tau-Antitau-Paar zerfallen. Diese Leptonen zerfallen nach 10-12s in beispielsweise die anderen Leptonen (Elektron oder Myon) – nur diese Zerfälle werden hier betrachtet.Unser Tau-Paar zerfiel in ein Elektron-Positron-Paar. 26


Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet


eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

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Untergrund

Schnitt auf PT=5GeVKein Lepton mit hohem PT-WertMissing ET (Neutrinos)

In unserem Daten sind viele Ereignisse, die verlorene Energie enthalten, jedoch kein Lepton mit einem hohen PT-Wert. Diese bezeichnen wir als MET-Untergrund-Ereignisse

MET

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Untergrund

Mehrere Jets zeigen sich in diesem EreignisViel Missing ET (114 GeV) ist auch dabei

Definitiv kein W-Boson!

JET

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Ereignisse

Signale

W → e + ν W → μ + ν

Untergrund

Z-Zerfall

Z → e +e

Z → τ + τ

Z → μ + μ

MET ttbarJet


eνeW

eνeW

μνμW

μνμW

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Test 2

Welche Prozesse liefen in den Kollisionen der 10 folgenden Event Displays ab?

Entscheide ob Signal oder Untergrund. Und im Falle eines Signals, ob ein positives oder

negatives Lepton dabei war!

Lade dazu die Ereignisse aus dem Ordner Test 2 in das Programm MINERVA

(Verknüpfung befindet sich auf Deinem Desktop) und analysiere sie!

Notiere die Ergebnisse und teile sie Deinem Betreuer mit!

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Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse

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Aufgabe:

1. Bestätige die Quarkstruktur des Protons! Bestimme dazu das Verhaeltnis aus der

Anzahl positiv geladener Leptonen und der Anzahl negativ geladener Leptonen,

die aus Deinen Signalereignissen kommen!

2. Interpretiere Dein Ergebnis! Warum ist der Wert so? Was würdest Du erwarten?

Ablauf/Organisation:

3. Ereignisse in Signal oder Untergrund klassfizieren

4. Von den Signalereignissen feststellen, ob elektronisch oder myonisch und

5. Bestimme bei jedem Signalereignis die elektrische Ladung des sichtbaren Leptons!

6. Strichliste bei mir abgeben

7. Auswertung nach einer kurzen Pause

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse

VIEL SPASS!33

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