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Visualização de Acontecimentos com HYPATIA
As pegadas ou sinais eléctricos recolhidos pelos detectores durante uma colisão podem ser transformados em imagens de acontecimentos. Estas imagens dinâmicas mostram como é que as partículas atravessaram o detector. Para ver estas imagens, usamos o programa HYPATIA. Nesta secção irá aprender as possibilidades e funções de HYPATIA que o ajudarão a realizar a sua medida.
Primeiro arranque o programa HYPATIA (Download).
Utilize a seguinte galeria de imagens para ter uma ideia sobre as funções do programa HYPATIA! Em paralelo, experimente estas opções dentro do próprio programa.
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Esta imagem mostra a vista inicial do programa HYPATIA de visualização de acontecimentos, com as quatro janelas "Invariant Mass Window" - ou "Janela de Massa Invariante" (moldura vermelha), "Canvas Window" - ou "Tela" (moldura azul), "Track Momentum Window" - ou "Janela de Momento dos Traços" (moldura amarela), e a "Control Window" - ou "Janela de Controle" (moldura verde). A "Invariant Mass Window" mostra a massa invariante dos traços por si seleccionados, a "Canvas Window" fornece diversas vistas do detector com o acontecimento, a "Track Control Window" disponibiliza toda a informação sobre os traços no detector, e finalmente a "Control Window" permite ajustar a vista do acontecimento.
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Esta imagem mostra a "Canvas Window". Nela é mostrado o Detector e o acontecimento. Não é mostrado a três dimensões, mas em projecções bi-dimensionais. Na parte de cima, pode ver a vista do Detector segundo a linha de feixe - a chamada vista transversal - e na parte de baixo pode ver a vista do Detector paralela à linha de feixe - a chamada vista longitudinal (ou lateral). Cada acontecimento tem um título que pode ser consultado no topo da janela.
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As diferentes camadas do Detector são ilustradas com cores diferentes na vista transversal e na vista longitudinal. O detector interno é cinzento, o calorímetro electromagnético é verde, o calorímetro hadrónico é vermelho, e as câmaras de muões são azuis.
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Os caminhos percorridos pelas partículas electricamente carregadas são mostrados como traços coloridos na imagem do acontecimento. São reconstruídos depois da colisão ter ocorrido. A cor de um traço está codificada de acordo com uma quantidade física relevante, o momento transverso - a componente do momento linear de uma partícula perpendicular à linha de feixe. Nesta imagem aumentada pode ver dois traços, um vermelho (elevado momento transverso) e um azul (baixo momento transverso).
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Associar depósitos de energia nos calorímetros a traços no detector interno nem sempre é fácil. Neste acontecimento pode-se ver que não há uma transição suave dos detectores de traços até aos calorímetros. Os depósitos de energia são mostrados como células amarelas tanto nos calorímetros electromagnéticos como nos calorímetros hadrónicos.
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Além dos neutrinos que atravessam todos os detectores sem serem notados, os muões e anti-muões são as únicas partículas que conseguem atravessar o Detector ATLAS desde o ponto de interacção até às câmaras de muões, mostradas a azul. Se um muão atinge uma câmara de muões, esta é marcada a cor-de-laranja. Dois comentários: 1. Devido às projecções do Detector, pode-se ver um elemento completo da câmara de muões marcado a cor-de-laranja na vista transversal, enquanto na vista longitudinal mostram-se apenas pontos marcados a cor-de-laranja. 2. Alguns dos pontos nas câmaras de muões exteriores são devidos a partículas deslocando-se na caverna de ATLAS, que têm origem em colisões de partículas do feixe com outras partículas fora do Detector, e podem ser ignorados. Muões com origem nas colisões entre protões no centro do Detector ATLAS produzem, em geral, pontos em TODAS as camadas das câmaras de muões.
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Irá usar a "Track Momentum Window" para carregar ficheiros para o programa (através de "File"->"Read Event Locally", moldura verde). O ficheiro comprimido para ser lido consiste em vários ficheiros agrupados, cada um contendo um acontecimento. Seleccionando as setas "Previous"/"Anterior" ou "Next"/"Próximo" no menu superior direito (elipse castanha), poderá deslocar-se para o acontecimento anterior ou avançar para o acontecimento seguinte. Também pode usar a "Track Momentum Window" para inserir um traço seleccionado na "Invariant Mass Table" (elipse azul). A energia transversa em falta é mostrada no topo da janela (ver elipse amarela).
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Esta á a janela principal de controle para a visualização de acontecimentos. A janela tem 3 separadores. Com "Parameter Control" - ou "Controle de Parâmetros" (elipse vermelha) pode ligar ou desligar objectos mostrados, e por exemplo alterar as cores respectivas. Mas mais importante é que poderá escolher filtros de valores para a informação mostrada (a ser mostrado mais tarde). A "Interaction and Window Control" - ou "Controle de Janela e Interacção" (elipse verde) deixa-o, por exemplo, passar do modo de selecção para o modo de ampliação e vice-versa e permite alterar entre projecções de imagem. A "Output Display" (elipse azul) mostra informação detalhada sobre um objecto que tenha seleccionado com a ferramenta de selecção.
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Seleccionando o separador "Parameter Control Tab", e depois o separador "Cuts Tab", pode definir critérios de selecção especiais para as partículas do acontecimento mostradas no visualizador de acontecimentos através de "Cuts Tab".
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Procure ampliar e reduzir, seleccionar traços mudando da ferramenta 'zoom' (elipse vermelha) para a ferramenta 'finger-pick' (elipse amarela) - seleccionar com o dedo
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Está muita coisa a acontecer neste acontecimento. Podem-se ver muitos traços. Nem todos são interessantes. Partículas com elevado momento transverso (componente do momento linear perpendicular à linha de feixe) são interessantes, e podemos suprimir as partículas de baixo momento transverso aumentando o valor de corte (limiar) em "Cuts Tab".
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Utilize a "Control Window", no separador "Cuts Tab" para mostrar apenas partículas com momento transverso superior a um dado valor no visualizador de acontecimentos. Introduza um valor para este valor de corte no momento transverso no campo de entrada (moldura amarela: tente com 5 GeV!), e confirme o valor usando a tecla "Enter". Certifique-se também que a pequena caixinha ao lado do campo de entrada está seleccionada. Mude para a imagem seguinte de modo a ver o resultado dessa tentativa.
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Agora a imagem do acontecimento parece muito mais limpa. De forma a obter informação sobre as partículas restantes, pode usar a ferramenta de selecção tipo dedo da barra de ferramentas (moldura vermelha). Clicando no traço de uma partícula muda a cor da partícula e é informação detalhada é mostrada na caixa de informação, debaixo do separador "Output Display Tab". Iremos ver isto na imagem seguinte.
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Repare na moldura azul com informação sobre a partícula escolhida.
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Seleccionando um traço com a ferramenta de mão e depois clicando "Insert Track" (elipse vermelha), o traço seleccionado irá parar à "Invariant Mass Table". O traço seleccionado será também iluminado na "Track Momentum Window". Se escolher dois traços de um acontecimento, e inserir ambos na tabela, HYPATIA calcula automaticamente a massa invariante das duas partículas. Se no mesmo acontecimento escolher 2 pares de partículas compatíveis, HYPATIA também calcula a massa invariante das quatro partículas.
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HYPATIA propõe os seus próprios histogramas. Seleccione "Histograms" (elipse vermelha) no menu da "Invariant Mass Table", e seleccione o histograma pretendido.
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As imagens até aqui foram obtidas de uma versão ligeiramente mais antiga do programa HYPATIA. Na versão que irá usar agora existem algumas funções novas: 1) Pode mudar facilmente da ferramente de selecção "select-tool" para a ferramenta de "zoom" (caixas amarelas no canto inferior direito); 2) Pode ter um separador adicional chamado "Physics Objects" (caixa vermelha); 3) Pode seleccionar um objecto como um "fotão" (caixa verde).
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Se clicar no separador "Physics Objects" (caixa vermelha), terá uma visão dos objectos reconstruídos neste acontecimento particular. Os objectos pode ser vistos como blocos amarelos na vista do acontecimento (elipses verdes).
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Para verificar se estes objectos são electrões ou fotões, pode por exemplo colocar um corte no pT dos traços (caixa verde). Muitos dos traços desaparecem, assim este é provavelmente um acontecimento di-fotão (dois fotões energéticos e isolados). Pode então seleccionar os blocos amarelos na vista do acontecimento (círculo amarelo) (ou os "Physics Objects" na janela de momento dos traços) e classificá-los como fotões (caixa vermelha). Serão então adicionados na janela de massa invariante ("Invariant Mass", caixa vermelha em cima).
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Nesta nova versão pode também seleccionar 4 leptões (2 muões e 2 electrões, 4 muões ou 4 electrões) como se mostra na caixa vermelha. A ferramenta calcula a massa invariante dos quatro leptões, tal como a massa invariante de cada par de partículas introduzido. Tenha cuidado para colocar os electrões e muões na ordem correcta (partícula, antipartícula para o 1º par e partícula, antipartícula para o 2º par), senão irá obter "incompatible" como se mostra na caixa verde.
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Na nova versão do HYPATIA pode obter alguns histogramas adicionais. Seleccione "Histograms" no menu de topo (caixa vermelha). Além dos que já tinha antes, pode agora seleccionar o gráfico de massa invariante dos dois fotões (M(g), caixa verde).
Avance e explore! Há muito mais propriedades!