Con questo esercizio potrai studiare decadimenti di coppie di muoni, per determinare quali
sono candidati di J/Ψ (un mesone composto da una coppia di quark charm-anticharm) e poi creare
un istogramma della distribuzione di massa per gli eventi che passano nel
"trigger degli studenti."
Riconoscere un candidato J/Ψ
Quando una particella J/Ψ decade, tipicamente produce una coppia di muoni. Guarda ATTENTAMENTE i due eventi nelle figure sotto.
Vedi una coppia di muoni (tracce rosse) in uno o in entrambi gli eventi? Potrebbero essere candidati di J/Ψ?
Si tratta di una chiara evidenza? Sei sicuro della tue affermazioni?
Un evento deve passare due test prima di essere considerato un candidato di J/Ψ. Per valutare quanto
sei sicuro delle tue affermazioni, puoi assegnare un valore da 0 (improbabile) a 3 (convinto). Assieme ad un
tuo compagno devi studiare 100 eventi. Che peso dare a ciascuno dei criteri è una tua responsabilità, da
determinare in collaborazione assieme agli insegnanti ed ai supervisori. Potrai quindi segnare il
tuo giudizio su un foglio elettronico.
Primo test: cariche opposte
Per poter essere un candidato J/Ψ, l'evento deve contenere due tracce derivanti da muoni di carica opposta.
- Se le due tracce curvano nella stessa direzione nel magnete solenoidale (situato appena prima del calorimetro
adronico, HCAL), allora i muoni hanno lo stesso segno di carica e quindi non vengono da un decadimento di una
J/Ψ (basandosi su questa informazione, sapresti dire qual'è la carica di una J/Ψ?).
Nota bene: la visuale x-y fornisce un'immagine affidabile della curvatura, mentre altre visuali possono confondere l'osservatore.
Se l'evento non passa il test della carica, allora l'evento quasi certamente non proviene da un decadimento di una J/Ψ:
assegna il giudizio "0" (vedi sotto).
Secondo test: la qualità della traccia del muone
Se due muoni passano il "test della carica", allora devi valutare la verosimiglianza di un candidato J/Ψ valutando le tracce
dei muoni. Se ce ne sono più di due, valuta i due migliori di carica opposta.
- Ogni muone mostra una traccia "global muon". (Nota bene: "tracker muon" e "stand-alone muon" si riferiscono a tracce
di un muone rivelate in differenti parti di CMS, mentre "global muon", se può essere ricostruito accuratamente
è la traccia che ricopre l'intero percorso
del muone nel rivelatore).
- Ogni traccia di un muone produce segnali in diversi punti dei tubi a deriva (Drift Tubes, DT), nelle camere a
piatti resistivi (Resistive Plate Chambers, RPC), o nelle camere a strisce catodiche (Cathode Strip Chambers, CSC).
Questi sono tutti componenti del rivelatore di muoni CMS, e le tracce al di fuori del
solenoide superconduttore
sono tutte calcolate a partire da segnali in questi sistemi.
- La traccia non è associata con un getto di particelle (che nel display dell'evento assomiglia ad un cono).
Per comprendere meglio le tracce dei muoni, ti servirà manipolare il display ed accendere o spegnere componenti come ad esempio
la CSC. Assicurati di allargare la finestra di iSpy Online a sufficienza per poter accedere ai bottoni nella lista a sinistra.
Elementi di un evento di candidato J/Ψ
Prima di cominciare
Se non hai familiarità con iSpy Online,
vai all'introduzione o chiedi al tuo insegnante o supervisore.
Valutazione dei candidati di J/Ψ
Usa le indicazioni di sopra per valutare gli eventi candidati di J/Ψ. Cerca di applicare rigorosamente le tecniche che
hai imparato. La valutazione di verosimglianza di candidati J/Ψ, in una scala da 0 a 3, si basa sullo studio dei muoni nel
display dell'evento.
0 - IMPOSSIBILE
1 - INSUFFICIENTE
2 - DISCRETO
3 - BUONO
Segna la tua valutazione per ogni evento nel foglio elettronico. Il calcolo della massa - che
costituisce la seconda parte dell'esercizio delle Masterclass - è possibile attraverso i dati riportati sul foglio
elettronico solo dopo che la valutazione dei muoni è stata completata.
Nell'eventualità che vi troviate in presenza di eventi anomali o difficili da valutare, consultatevi con altri studenti,
insegnanti e supervisori per fare una valutazione il più corretta possibile.
Controllo generale di correttezza
Conta quanti eventi di una certa valutazione hai, poi confronta il dato con gli altri gruppi. Se i numeri sono molto diversi,
discutete insieme i vostri criteri di valutazione e decidete se è necessario modificarli.
Altri dati
Se finisci tutti e 100 gli eventi, comincia con un nuovo insieme di dati, possibilmente uno che non è stato ancora
analizzato da nessun gruppo. Ci sono 2000 eventi in tutto e più ne analizzi, migliori saranno i tuoi risultati
complessivi.
Risultati
Tutto il gruppo deve effettuare questa parte di esercizio sotto la direzione di un supervisore.
- Decidi quali valutazioni includere nel grafico di massa, per esempio solo eventi con giudizio "3", o eventi con
giudizi "2" e "3", ecc.
- Utilizza il foglio elettronico per estrarre le masse calcolate per gli eventi selezionati.
- Disegna le masse dei candidati selezionati in un
istogramma. Questo può
essere fatto in tre modi (ne puoi scegliere uno solo, ma non si escludono a vicenda):
- Se possibile, riguarda le decisioni prese per la creazione dell'istogramma, per vedere se il grafico di
massa possa essere migliorato.
- Prendi nota del miglior grafico di massa per la particella J/Ψ.
- Discuti l'interpretazione dei risultati complessivi e il contributo di ciascun gruppo.
Attività aggiuntive:
- Usa il tuo foglio elettronico per calcolare le masse di coppie di muoni non correlate. Un
modo per farlo è di accoppiare il secondo muone di un evento con il primo muone dell'evento
successivo, e cosi via, in giù per il tuo foglio elettronico, in modo da ottenere un grafico della massa dei muoni
che chiaramente non
provengono da un decadimento. Fai un istogramma e confrontalo con quello precedente.
- Conta e valuta i muoni da eventi del display degli eventi di CMS in tempo reale
(Live Event Display).
finché ci sono delle collisioni.
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