Gökhan Ünel / UC Irvine HPFBU okulu -‐ Şubat 2012

Çözümleme Örneği
Gökhan Ünel / UC Irvine
HPFBU okulu -­‐ Şubat 2012
Duruma bakalım
nLHC
yeni başladı
n Yeni
nYeni
n Bu
nO
parçacıklar bulunabilir - heyecan verici
çarpıştırıcılar plan aşamasında (LHeC, ILC, CLIC..)
aletlerin olanaklarını araştırmak gerek
halde ne yapmalıyız? (Bir konu seçtikten sonra)
n Ölçümü
önermek
n Çarpıştırıcıyı
n Modeli
tanımak
bilgisayara girmek ve MC olay üretmek
n Benzetme,
çözümleme, değerlendirme
2
Konu
nKimi
SM ötesi modeller (örnek GUT) W benzeri yeni bir vektör
bozon öneriyorlar : W′
nBu
yeni bozonun
n etkileşimleri
n kütlesi
nBir
n
SM ile aynı
Wdan daha ağır
γe çarpıştırıcısı yapsak bu yeni parçacığı bulabilir miyiz?
üretim örneği
bozunma ürünlerinden başlayıp keşif yapabilir miyiz?
W′
Örnek jet kanalı: sinyal= 2j+MET
3
Nasıl yapılır?
nUğraşmaya
n Modelimizi
n 1
değer mi?
bir üretici içine yerleştirelim
Sinyalin en belirgin özelliği ne?
yıl içinde ne kadar olay bekliyoruz?
n Sinyal
n SM
hangi izi bırakıyor?
den gelecek olan arkaplan olayları neler?
nSinyal
n Algıç
için MC olayları üretelim
Sinyali nasıl tetikleyelim?
simülasyonu yapalım.
n Sinyali
“kolayca” arkaplandan nasıl ayırt ederim?
n Sinyali
yeniden oluşturabiliyor muyuz?
nSM
de MC olayları üretelim, arkaplan icin
n Algıç
simülasyonu yapalım.
n Sinyal
Cevap “Evet” ise deneyi yapmaya başlayalım..
hala “görülüyor” mu?
4
Hedef
ve
sinyal
Aletler
nCain,
γe→W′ ν→ 2j+MET
GuineaPIG
n Işınlık
nPythia,
n Olay
ardalan=gürültü
hesabı
CompHEP, MadGraph
üretimi
nPythia
γe→ 2j+MET
n Parton
yağmuru, hadronlaşma..
nPGS
n Algıç
simülasyonu
nROOT
n Veri
5
incelemesi
Yapılacak işler
Fizik Modeli
1.Sinyal olaylarını - öğrendiğimiz
aletlerle üretelim:
olay üreticisi
events.lhe
1.1.γe→W′ ν→ 2j+MET CHEP’den, hadronlaşma
1.2.γe ışınlığını CAIN’den bulalım.
3.Hem sinyali hem ardalanı algıç
benzetiminden geçirelim.
4.Bir çözümleme (analiz) programı
yazıp sinyali gürültüden
(ardalandan) ayırt edebiliyor
muyuz bakalım.
6
Pythia
events.hep
algıç simülatorü
2.MG ile ardalanı hesaplayalım.
MG/C*HEP/Pythia
PGS/Delphes
events.lhco
ntuple yapıcı
ExRootAnalysis
events.root
Çözümleme yazılacak...
sonuçlar
bir BSM kuram yazmak
nCompHEP
başlangıcındaki listeden seçin:
n Yeni
modelin adı Wp olsun, örnek olarak “SM, Unitary gauge” seçin.
n Yeni
modeli seçip değiştirmeye başyalalım
nYeni
n W
nWp
bozonu ekleyelim (Particles)
ile kütlesi ve genişliği dışında aynı olmalı
nin özelliklerini değişken olarak ekleyelim (Variables)
n m=770
varsayım, genişlik tahmin:
n“Constraints”
nWp
gerekmiyor,
jetini kolaylık için tanımlıyalım (Composite)
7
SM’e ek
n“Lagrangian”
n kopyala
n bir
da W olan bütün satırları
ve yapıştır
n kopyalarda
nBuraya
.. devam
bütün W özelliklerini Wp özelliklerine çevir:
kadar yaptıklarımızın doğruluğunu yoklayalım:
hata varsa uyarı bilgisi verilir
n önceki
sayfada küçük-büyük harf hatası var!!
wWp olmalıydı! (küçük harf)
8
W′→2*x
W′ genişliği:
nyeni
model bir editör ile de
girilebilir
nModel
girildikten sonra W′
genişliği hesap edelim
nm=770
GeV de Γ=25.5GeV
n 8.5x3=25.5%
n 74.5%
leptonsal
hadronsal bozunum
n
23% top quark içeriyor
n
bizim sinyale uymuyor...
nŞimdi
n içeri
çarpışmalara bakalım
Wʹ′
bozununca ~51% i
2jet sinyali veiyor
girenler:
n Dışarı
çıkanlar:
9
W′ oluşumu
nBozunmamış
- yılda kaç tane?
e γ→ W′ν
sinyal
n tesir
kesitini hesaplayalım ve
Kinematik özelliklere bakalım
n1.64fb
nILC
Işınlık 2.8x1034/cm2/s
n eγ:
n
tesir kesiti bekleniyor
~2.8x1033/cm2/s
1 yıl ~107 saniye=> eγ: ~28fb-1
nyıllık
beklenen W′ sayısı
n 1.64x28
~ 46 tane
n50%
istediğimiz şekilde
bozunacak
n yılda
23 olay bekliyoruz
n etkin
tesir kesiti: 1.64x50%≈0.8fb10
T3
T4
W′ bozunumu
e
γ→
W′ν→jj
ν
- sağlama
nW′
hadronsal bozup, sadece “sinyal kısmına bakmak”
için biraz akıllı tercih biraz da temizlik gerekli:
Wp bozunumu
yok. Sinyal değil!
toplam tesir kesiti =
✓0.82fb,
beklendiği gibi
11
W′ olay üretimi
nSinyal
olaylarını bütün alt süreçlerden üretmeye gerek yok.
Tesir kesiti 10-7pb ve daha az olanlardan olay üretmeyelim.
ngeriye
kalan 4 alt süreçten olay üretip harmanlayalım.
n “mix”
komutu ile yapιlιr, mixed.lhe elde edilir
n cd results
n ../mix events_1.lhe events_2.lhe …
MG/C*HEP/Pythia
events.lhe
Pythia
events.hep
nBasit
bir program yazıp üretim
zincirine dahil edelim
n Olayları
araya sokup, hadronlaşma
sağlayıp, hep biçiminde yazalım.
12
PGS/Delphes
events.lhco
ExRootAnalysis
events.root
Dikkat: Çabuk ve kirli yol
nHem
MG, hem Comphep çıktısı LHE biçimindedir. MG/phytia/
Delphes, LHE olayları üzerine çalışır.
nBir
uyanıklık yapıp ikisini karıştıralım
n Ama
önce eşlerini yapıp saklayalım.
n
cp
bg_unweighted_events.lhe.gz si.lhe.gz
n
gunzip si.lhe.gz; cp si.lhe si_backup.lhe
n kütüğü
açıp, “</header>” dan sonrasını silelim
n
cat si.lhe Mixed.lhe >>unweighted_events.lhe
n
tail -1 si_backup.lhe >>unweighted_events.lhe
n kütüğü
açıp, Comphep’e ait satırları çıkaralım (#).
n
../bin/run_pythia
n
../bin/run_delphes
n
../../ExRootAnalysis/ExRootLHCOlympics
Converter unweighted_events.lhe si.root
n Çıktı
bizim istediğimiz si.root kütüğüdür.
13
Ardalan
- tesir kesiti ve olay üretimi
nOlayları
n cd
n
hadronlaşma
nHadronlaşma
; ls
pythia_events.hep üretilmiş olmalı
nAlgıç
öykünmesi
n ../bin/run_delphes
n
ntuple yapıcı
yaptırın
n ../bin/run_pythia
n
algıç benzetimi
Events ; ls
unweighted_events.lhe üretilmiş olmalı
MG
ko öd
mu ev
tla ind
ya e t
pıl ek
dı! olay üreticisi
üretin (örnek: MadGraph)
; ls
delphes_events.lhco üretilmiş olmalı
nROOT
dosyasını hazırlayın
n ../../ExRootAnalysis/ExRootLHCOlympicsConverter
Çözümleme pgs_events.lhco sm.root ; ls
n sm.root
bu dosyayı inceleyip, çözümlelim.
14
15 dakika ara
15
Çözümleme
n
Önce ROOT ile bir çözümleme iskeleti yapalım,
n
n
n
- her yiğidin yoğurt yiyişi farklıdır.
Laptop çalışabilelim ki gece uykumuz kaçınca da çözümleme
yapmaya devam edebilelim.
ROOT ile kütüğü yükleyip, yazalım:
n
root -l bg.root
n
LHCO->MakeClass("hpfbu_a")
Böylece 2 yeni kütük üretilmiş olur:
n
hpfbu_a.C ve hpfbu_a.h
Şimdilik sizler
16
Bizler
Çözümleme 2
nÇalıştıralım
n 1
n2
- sonucu görelim.
çizim bekliyoruz
jeti olan
olaylarda
W var mı?
Tamam!
her olayda
2 jet istiyorum
17
Çözümleme 3
nBir
pencere yapalım:
njetler
hakkinda başka çizimler yapalım:
nÇalıştırıp
görelim ----------------→
18
Çözümleme 4
n2
jet değişmez kütlesini hazırlayalım
Yeni eklemeler.
Üst sınır uygun mu?
nHesaplayıp
çizdirelim:
Yeni
W
m
~
e
p
e
t
19
Ardalan=gürültü
nAradığımız
nAma
ize benzer iz bırakan
aradığımız nesneyi (W′) içermeyen herşey
n bunlardan
nBSM
kurtulmak lazım
araştırmasında SM gürültüdür
nSamanı
iğne’den ayıracak bir takım özellikler
bulmak gerekli
n “CUT”
nHangi
n W′
= “Tırpan”
özellikler kullanılabilir?
ağır olduğu için bundan
çıkan jetler de yüksek pT li
olması beklenir
n Mjj
kullanılamaz.
20
Çözümleme 5
nJetlerin
pT sini çizdirelim
ve resmi kaydedelim.
nÜrettiğimiz
histogramları da
saklayalım.
nHer
seferinde yazmaktansa kendi kendine çalışsın.
n root
-l -q -x runme.C
21
Tırpanlar
nHangi
n Her
tırpan ile kaç olay kaybettik?
tırpandan sonra kalanları
sayalım ve saklayalım:
2 jet
tırpanından kurtulan
olayları sayar.
Daima önce çizin
sonra kesin. Ne kaybettiğinizi
22bilin.
kurtulan
olay sayısı
si & sm
.h dosyasını değiştirelim
eski
yeni
.C dosyasını da..
23
si & sm - karşılaştırma
nrunme.C
de değişmeli
nÇalıştıralım,
sonuç:
n Şimdi
sinyal ve ardalan
olaylarını karşılaştırabiliriz..
nYeni
n si
C program yazalım.
ve sm dosyalarını okusun
n tesir
kesitlerine göre yılda
elde edilen olayları saysın
n bu
“deneyi” yapmış olsaydık
kaç olay görürdük söylesin.
Ν=L x σx ε
Işınlık
Tesir kesiti
Verim 24
Tanımlar
Pencere
senelik olay hesabı
toplam olay sayısı
si + sm çizimi verim⌘
kalan olay sayısı
başlangıçtaki olay sayısı
Birleştirelim
nEyvah!!!
#events/10GeV/28fb-1
W’
Sinyal görünmüyor...
n Bir
“özellik” kullanıp ardalan olaylarını
tırpanlayıp kesmek lazım.
120
100
n bu
80
jet pT olabilir mi?
60
40
20
0
100
200
300
400
500
600
700
800
26
900
1000
Mjj (GeV)
Tırpanlayınca..
nOlay
n 3yıl
sayım azaldı,
bekleyim ve 20GeV’lik aralıklarla olaylari sayayım.
#events/20GeV/84fb-1
W’
120
100
80
deneyi gerçekten yapsam siyah dağılımı ölçerdim.
60
bu ne?
40
20
0
100
200
300
400
500
27
600
700
800
900
1000
Mjj (GeV)
Ölçüm gerçek mi?
nAnlamlı
mı yoksa istatistik hata mı?
n Ölçütler
(σ)
n En
az 3σ => Gözlem
n En
az 5σ => Keşif
nToplam
olay eğrisine poly1+Gauss uydurup
sinyal ve ardalan olay sayısını bulalım.
⎡
⎛ s ⎞ ⎤
2 × ⎢(s + b)ln⎜1+ ⎟ − s⎥
⎝ b ⎠ ⎦
⎣
€
jjmass
JJ inv mass
Entries
Mean
RMS
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100
28
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Ölçüm gerçek mi??
nAnlamlı
mı yoksa istatistik hata mı?
n Ölçütler
(σ)
n En
az 3σ => Gözlem
n En
az 5σ => Keşif
⎡
⎛ s ⎞ ⎤
2 × ⎢(s + b)ln⎜1+ ⎟ − s⎥
⎝ b ⎠ ⎦
⎣
€
jjmass
JJ inv mass
Entries
Mean
RMS
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100
29
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Mean
RMS
376.9
236.6
Gerçek mi?
0
600
700
800
900
1000
nKeşif
için daha çok veri
kaydetmem lazım
Bir sinyal gözledim!
nBir
kaç yıl daha deneyim
çalışsın:
!
!
!
M
A
M
A
T
f
i
ş
e
K
30
Sonuç
nArtık
sizin!
yoğurt da sizin, kebap da
n kendi
usulünüzü bulana kadar
yemeğe devam!!
n
LHC, SLHC, ILC, LHeC, CLIC..
sizleri bekliyor.
n SuSY,
GUT, ED, LH.. modelleri
sizleri bekliyor.
nÇalışın
ve başarılı olun.
31