Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej,
Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Rok
akademicki
2014/2015
W ramach przedmiotu realizowana będzie
analiza danych symulowanych przy
wykorzystaniu pakietu ROOT.
Przeprowadzona zostanie analiza
obserwowalności cząstki Higgs podczas
nowego etapu działania akceleratora LHC
przy energii 13.5 TeV.
Analizowane będą procesy (każdy zespół
analizuje 1 kanał rozpadu):
1)
H->gamma gamma
2)
H->ZZ->4e
3)
H->tau tau
Zaliczenie przedmiotu:
-->
opracowanie pisemnego raportu ze zrealizowanego pomiaru,
preferowany jęz. angielski.
--> kod
programów w jęz. C, C++ lub python oraz dokumentacja kodu
Proponuje aby raport przygotować grupowo, tzn. jeden raport na 2-3
studentów
wspólnie pracujących nad realizowanym
pomiarem.
!!! Możliwość realizacji pracy
magisterskiej w roku 2014/2015 z tej tematyki. !!!
Tematy zajęć na pracowni:
Zajęcia odbywają się w
czwartki, godz. 11.30 - 13.00, pracownia F-1-08
3.10.2014: Wykład dla SMP na temat odkrycia
cząstki Higgsa: plik
Seminarium PTF temat pomiaru własności
cząstki Higgsa: plik
Zapoznanie się z pakietem root (tutorial), tworzenie
prostych histogramów.
Root lectures : link, (macro); link, (macro) ; link
Root tutorials: link,
link
Root user guide: link
Zapoznanie sie z pakietem root (tutorial), tworzenie prostych
histogramów,
10.10.2014: Wykład (Higgs
production): plik
Pliki z danymi: pythia.H.gamgam.conf.root
pythia.H.ZZ.conf.root
pythia.H.tautau.conf.root
Wydruk event recordu:
event_listing.txt
Przykład kodu do analizy pliku z
danymi: HowToReadTree.C
wykonanie (linux):
root
.x
HowToReadTree.C
Legenda do zawartości ntupla:
--------------------------------------------------
Int_t
mc_n;
- ilość cząstek dla
danego eventu
vector<double>
*mc_px; - px
vector<double>
*mc_py;
- py
vector<double>
*mc_pz; - pz
vector<double>
*mc_E; -
E
vector<int>
*mc_pdgId; - kod cząstki:
25 - Higgs
2212 - proton
21 - gluon
vector<int> *mc_status;
- status
---------------------------------------------------
Więcej informacji
na temat:
--> PDG kodu cząstek:
http://pdg.lbl.gov/2007/reviews/montecarlorpp.pdf
--> generatora Pythia, znaczenia "status code" cząstki, etc.
http://home.thep.lu.se/~torbjorn/pythia8/worksheet8153.pdf
--> przekroji czynnych i branching-ratios
https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/LHCPhysics/CrossSections
Dla każdego przypadku cząstka Higgsa może być zapisana na więcej
niż jednej pozycji,
różnią się wartością pola "status" oraz kinematyką,
pośrednia informacja
jest istotna dla zrozumienia modelowania procesu produkcji
Zadanie 1:
Dla każdej analizy narysować:
--> jaka jest dostępna energia w zderzeniu proton-proton?
--> rozkład masy niezmienniczej cząstki Higgsa
--> rozkład pędu poprzecznego oraz rapidity bozonu Higgsa,
jaki jest średni pęd poprzeczny oraz jego RMS
--> rozkład
x1,x2 pędu partonów wchodzących do procesu twardego
jakie jest średnie x1, x2, oraz jego RMS
Sprawozdanie: (latex,
preferowany jęz. angielski)
--> jakie są procesy produkcji cząstki Higgsa w LHC
--> przewidywane przekroje czynne oraz branching ratio na
analizowane kanały rozpadu H->gamgam, H->ZZ->4e,
H->tautau
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki
17.10.2014:
Wykład
(H->gamgam): plik
Zadanie 2:
Analizujemy plik pythia.H.gamgam.conf.root
w ktorym
umieszczone sa wygenerowane przypadki sygnału
pp->H->gamgam
--> foton: mc_pdgId = 22, ile fotonów (oznaczenie: gamma) jest
w każdym przypadku,
sprawdzić jaki jest dla nich mc_status
--> narysować rozkład pędu poprzecznego oraz rapidity
jaki jest średni pęd poprzeczny oraz jego RMS
--> akceptować przypadki
tylko jeżeli kinematyka pary fotonów
spełnia warunki selekcji opisanej w rozdziale 3 pracy
http://arxiv.org/abs/1407.4222
abs(eta_gamma) < 2.37 wyłączając zakres abs(eta_gamma) = 1.37 - 1.56
m_gamgam = 105 - 160 GeV
pt_gamma > 0.35/m_gamgam (leading gamma)
pt_gamma > 0.25/m_gamgam (subleading gamma)
jaka jest akceptancja tych warunków (% przypadków)
zrobić tabelkę bezwzględnej i względnej akceptancji dla każdego
dodanego do sekwencji warunku kinematycznego
--> narysować rozkład pędu poprzecznego i pseudorapidity
fotonów po
zastosowaniu ograniczeń kinematycznych
--> precyzja rekonstrukcji energii
fotonu jest sigma = 10%/sqrt(E), rozmyć
wartość generowaną z rozkładem normalnym N(0, sigma)
powtórzyć selekcje kinematyczną, tabelkę, rysunki
--> narysować rozkład
masy niezmienniczej pary fotonów, zrobić fit rozkładu
gaussa, jaka jest szerokość rozkładu i jego wartość centralna.
Sprawozdanie: (latex, preferowany jęz.
angielski )
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki /tabelki
23.10.2014:
Wykład
(H->gamgam): plik
Zadanie 3:
Analizujemy plik pythia.gamgam.conf.root
w ktorym
umieszczone sa wygenerowane przypadki tla
pp->gamgam
--> akceptować przypadki tylko jeżeli
spełniają warunki kinematyczne jak powyżej
--> zrobić tabelkę bezwzględnej i względnej
akceptancji dla każdego
dodanego do sekwencji warunku kinematycznego
--> narysować rozkład pędu poprzecznego i
pseudorapidity fotonów po
zastosowaniu ograniczeń kinematycznych, porównać
z rozkładem dla sygnału.
--> narysować rozkład masy
niezmienniczej pary fotonów
Zadanie 4:
--> dokonaj normalizacji przypadków
sygnału i tła tak aby odpowiadał ilości
obserwowanych w
eksp. ATLAS. Narysuj rozkład masy invariantnej sygnału
i tła. Możesz
spróbować dofitować do tego rozkładu model sygnal+tlo.
Jak zgodny jest
wynik fitu z faktyczna ilością przypadków sygnału i tła.
Sprawozdanie: (latex,
preferowany jęz. angielski)
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki
6.11.2014: Wykład (H->ZZ->4e): plik
Materiały opisujace analize: http://arxiv.org/abs/1408.3226
http://arxiv.org/abs/1408.5191
Zadanie 6:
Analizujemy plik pythia.H.ZZ.conf.root
--> bozon Z: mc_pdgId = 23, ile bozonow Z jest w
każdym przypadku,
sprawdzić jaki jest dla nich mc_status
--> narysować rozkład pędu poprzecznego, rapidity i
pseudorapidity
jaki jest średni pęd poprzeczny oraz jego RMS dla bozonu Z o
statusie 2
--> każdy bozon Z rozpada się na parę e+ e- (n fotonów) tzn.
może się też pojawić
radiacyjna emisja fotonu. Jaki jest procent takich przypadków.
Narysuj rozkład masy niezmienniczej systemu e+e- (n fotonów)
oraz
systemu e+e-. Osobno dla bozonów Z on-shell (o masie
niezmienniczej okolo 91 GeV)
oraz off-shell (o masie niezmienniczej dużo mniejszej niż 91 GeV)
--> akceptować przypadki tylko jeżeli kinematyka
produktów rozpadu cząstki Higgsa
(dodaj fotony do elektronow jeżeli spelniony jest warunek:
dR = sqrt( (phi(e) - phi(gamma))^2 + (eta(e) - eta(gamma))^2 )
< 0.2
jeżeli | phi(e) - phi(gamma)| > 2 Pi ==> użyj wzoru
dR = sqrt( (2 Pi - (phi(e) - phi(gamma)) )^2 + (eta(e) -
eta(gamma))^2 ) < 0.2
)
spełniaja warunki selekcji opisanej w Tabeli 1 w pracy
http://arxiv.org/abs/1408.3226
zrób tabelkę akceptacji tych warunków kinematycznych (%
akceptowanych
przypadków)
--> przyjmij że precyzja rekonstrukcji energii elektronu
jest sigma = 10%/sqrt(E), rozmyj
wartość generowaną
z rozkładem normalnym N(0, sigma)
powtórzyć selekcje
kinematyczną, tabelkę, rysunki
--> narysuj scatter-plot (m_12 vs m_34) dla
przypadków które przeszły
przez
warunki selekcji.
Patrz Fig. 14 w pracy http://arxiv.org/abs/1408.5191
--> narysuj rozkład
masy niezmienniczej e+ e- e+ e- (gamma), zrób fit
rozkładu Gaussa.
Jaka
jest sigma rozkładu i wartość centralna?
Sprawozdanie:
(latex, preferowany jęz. angielski)
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki i
tabelki
13.11.2014: Wykład
(H->ZZ->4e): plik
Zadanie 7:
Analizujemy plik pythia.ZZ.eeee.conf.root
--> zastosuj ta samą analizę co w Zadaniu 6 do przypadków
tła pp->ZZ->4e.
--> znormalizuj liczbę przypadków sygnału i tła do
obserwowanych
w eksperymencie ATLAS. Narysuj końcowy plot rozkładu masy
niezmienniczej H->ZZ->4e oraz tła pp->ZZ->4e
Sprawozdanie: (latex, preferowany jęz.
angielski)
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki i
tabelki
20.11.2014: Wykład (H->tau tau): plik
Materiały opisujace analize: ATLAS-CONF-2013-108.pdf
ATLAS-CONF-2014-061.pdf
Zadanie 8:
Analizujemy plik pythia.H.tautau.conf.root
--> tau lepton: mc_pdgId = +-15
--> narysować rozkład pędu poprzecznego oraz rapidity dla
leptonów tau
--> każdy lepton tau rozpada się albo leptonowo (elektron lub
muon) lub
hadronowo. Zbadaj jakie jest branching ratio różnych kanałów
rozpadu.
Referencyjna tabelka
--> wybierz do analizy jeden z trzech możliwych modów rozpadu
pary leptonów tau:
lepton-lepton
lepton-hadron
hadron-hadron
narysuj rozkład pędu poprzecznego i pseudorapidity "widocznych w
detektorze"
produktów rozpadu tau, czyli sumę pędów wszystkich produktów nie
będących
neutrinami
Jaki jest średni pęd poprzeczny i RMS tego rozkladu?
--> akceptować przypadki tylko jeżeli kinematyka
produktów rozpadu czastki Higgsa
spełnia warunki selekcji opisanej w pracy ATLAS-CONF-2013-108.pdf
jaki jest procent
akceptowanych przypadkow dla wybranego modu rozpadu
--> narysuj
rozklad "masy widzialnej" pary leptonow tau, czyli nie
uwzgledniajac neutrin.
Sprawozdanie: (latex, preferowany jęz.
angielski)
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki i
tabelki
27.11.2014: Wykład (H->tau tau): plik
Zadanie 9:
Analizujemy plik pythia.Z.tautau.conf.root
--> zastosuj ta samą analizę co w Zadaniu 8 do przypadków
tła pp->Z->2 tau.
--> znormalizuj liczbę przypadków sygnału i tła do
obserwowanych
w eksperymencie ATLAS. Narysuj końcowy plot rozkładu masy
widocznej H->tautau oraz tła pp->tautau
Sprawozdanie: (latex, preferowany jęz.
angielski)
--> zamieścić i
przedyskutować powyższe rysunki i
tabelki
4.12.2014: Wykład:
18.12.2014: Wykład:
8.01.2015: Prezentacje: Sprawozdanie I
15.01.2015: Wykład:
22.01.2015: Prezentacje: Sprawozdanie II
Materiały
dodatkowe:
Ostatnia modyfikacja: 17 październik 2014
M