diplomarbeitsvortrag auf der dpg frühjahrstagung 2010
TRANSCRIPT
Massenbestimmungdes Top-Quarks
anhand der Zerfallslängevon B-Hadronen
im CMS-Experiment
Andreas HertenIII. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen
DPG Frühjahrstagung 2010
GEFÖRDERT VOM
Inhalt
2
• CMS-Experiment
• Zerfallslängenmethode
• Generatorstudie
• Rekonstruierte B-Jets
bt B∗�B D
[cm]xyL0 2 4 6 8 10 12
rel.
Einh
eite
n
1
10
210
310
410
510
(stacked)•B
[cm]xyL0 2 4 6 8 10 12
rel.
Einh
eite
n
1
10
210
310
410
510
[cm]xyL0 2 4 6 8 10 12
rel.
Einh
eite
n
1
10
210
310
410
510
[cm]xyL0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
rel.
Einh
eite
n
-410
-310
-210
= 170 TeVtm
Compact Muon Solenoidø 15 Meter • 12.500 Tonnen • 3,8 Tesla Magnetfeld
3SolenoidSolenoidSolenoid
MyonkammernEisenjoch
Solenoid
ECALHCAL
Pixel-TrackerStreifen-Tracker
Compact Muon Solenoidø 15 Meter • 12.500 Tonnen • 3,8 Tesla Magnetfeld
3SolenoidSolenoidSolenoid
MyonkammernEisenjoch
Solenoid
ECALHCAL
Pixel-TrackerStreifen-Tracker
4
TrackerPixel Streifen
Zylinder(„Barrel“)
3 Lagen(4, 7, 11 cm)
10 Lagen(bis 130 cm)
Endkappe(„Endcap“)
je 2 pro Seite je 9 pro Seite
Anzahl 66 Millionen 9,6 Millionen
Abmessung 100 µm * 150 µm 10 cm * 180 µm25 cm * 180 µm
Fläche 1 m² 200 m²
Streifen Pixel
Größter Siliziumdetektor der Welt(Fläche eines Tennisfelds)
Auflösevermögen:• z: ± 20 µm• r-Φ: ± 10 µm• |η| < 2,4
4
TrackerPixel Streifen
Zylinder(„Barrel“)
3 Lagen(4, 7, 11 cm)
10 Lagen(bis 130 cm)
Endkappe(„Endcap“)
je 2 pro Seite je 9 pro Seite
Anzahl 66 Millionen 9,6 Millionen
Abmessung 100 µm * 150 µm 10 cm * 180 µm25 cm * 180 µm
Fläche 1 m² 200 m²
Streifen Pixel
Größter Siliziumdetektor der Welt(Fläche eines Tennisfelds)
Auflösevermögen:• z: ± 20 µm• r-Φ: ± 10 µm• |η| < 2,4
Top-Zerfall
5
Jet
b
b̄
t
W+
t̄W−
p
p
Rekonstruktion Top-Masseübliche Vorgehensweise
6
W+
W−
Jet
b
b̄
t
t̄
p
p
Rekonstruktion Top-Masseübliche Vorgehensweise
6
W+
W−
Jet
b
b̄
t
t̄
p
p
Jet
b
W+
Jet
q
q̄
Jet
leptonisch
hadronisch
Rekonstruktion Top-Masseübliche Vorgehensweise
7
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
b̄
t
t̄
p
p
W-Boson:• dileptonisch • semileptonisch • vollhadronisch
Kenntnisse aller Zerfallsprodukte
Kalorimeter-Information notwendig→ Systematische Unsicherheiten (Jet-Energie-Skala: 10%)
Jet
b
W+
Jet
q
q̄
Jet
leptonisch
hadronisch
Rekonstruktion Top-Masseübliche Vorgehensweise
7
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
b̄
t
t̄
p
p
W-Boson:• dileptonisch • semileptonisch • vollhadronisch
Kenntnisse aller Zerfallsprodukte
Kalorimeter-Information notwendig→ Systematische Unsicherheiten (Jet-Energie-Skala: 10%)
Rekonstruktion Top-MasseZerfallslängenmethode
Unabhängig von der JES!8
Jet
b
b̄
t
W+ µ+
νµ
t̄W−
e−
ν̄e
p
p
Rekonstruktion Top-MasseZerfallslängenmethode
Unabhängig von der JES!8
Jet
b
b̄
t
W+ µ+
νµ
t̄W−
e−
ν̄e
p
p
9
bt B∗�B D
instantan Lebensdauer:
Zerfallslängenmethode
Zerfall:
Zerfallslänge:
τ̄ = 1,574 · 10−12 sL̄ = 0,472mm
10
bt B∗�B D
L = cτ L = cτβγRuhe Boost durch Top-Masse
ZerfallslängenmethodetMesse Zerfallslänge L → messe Top-Masse m
10
bt B∗�B D
L = cτ L = cτβγRuhe Boost durch Top-Masse
ZerfallslängenmethodetMesse Zerfallslänge L → messe Top-Masse m
L = cτβγ ≈ 0,4cτβmt
mb
10
bt B∗�B D
L = cτ L = cτβγ⇒ L ∼ mt
Ruhe Boost durch Top-Masse
ZerfallslängenmethodetMesse Zerfallslänge L → messe Top-Masse m
L = cτβγ ≈ 0,4cτβmt
mb
10
bt B∗�B D
L = cτ L = cτβγ⇒ L ∼ mt
Ruhe Boost durch Top-Masse
ZerfallslängenmethodetMesse Zerfallslänge L → messe Top-Masse m
L = cτβγ ≈ 0,4cτβmt
mb
L̄ = 0,47mm L̄ ≈ 8mm
GeneratorstudieStrategie
11
t-Quark
b-Quark
B*-Meson
B-Meson
B-Meson
bel.Tochter
aktuelles Teilchen
? ?
= alle Töchter
?
??
!
!Lxy
Generator-Interna
1
2 1
vertex( ) -
vertex( )2
1
GeneratorstudiePYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
12
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenbei m(t) = 170 GeV
GeneratorstudiePYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
13
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenbei m(t) = 170 GeV
+ Exponentialfit
Warum keine Exponentialfunktion?Überlagerung verschiedener B-Mesonen • Annahme β = 1
14
VORLÄUFIG
Plot mit stacked Histogrammen der obigen verschiedenen B-Mesonen, farblich kodiert.
Zerfallslängen von B0
Zerfallslängen vonB+
Zerfallslängen vonBs
GeneratorstudiePYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
15
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenbei m(t) = 170 GeV
+ Exponentialfit
GeneratorstudiePYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
16
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenfür verschiedene Top-Massen inkl. Fits und Fit-Parameter
Kalibrationsgerade
17
Kalibrationsgeraden zwischenFit-Parameter und Top-Massen
für 7 TeV und 10 TeV
Rekonstruktion Top-MasseDetektorsimulation
18
Jet
b
b̄
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
t
t̄
p
p
Rekonstruktion Top-MasseDetektorsimulation
18
Jet
b
b̄
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
t
t̄
p
p
Rekonstruktion Top-MasseDetektorsimulation
18
Jet
b
b̄
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
t
t̄
p
p
Dileptonischer Kanal:2 B-Jets
Rekonstruktion Top-MasseDetektorsimulation
18
Jet
b
b̄
W+ µ+
νµ
W−
e−
ν̄e
t
t̄
p
p
Dileptonischer Kanal:2 B-Jets
B-Jet-MatchingStrategie (Detektorsimulation)
19
höchster B-Tag
aktuellerJet
>? Lxy>? 2. höchster
B-Tag
(je)Primärvtx
-Sekundärvtx
Dileptonisch
B-Tag
B-Jet 1 B-Jet 2
20
DetektorsimulationPYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenbei m(t) = 170 GeV
21
DetektorsimulationPYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenbei m(t) = 170 GeV und eingezeichnetem Fit
22
DetektorsimulationPYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
Bild mit histogrammierten Zerfalsllängenverschiedener Top-Massen, inkl. Fits und Fit-Parameter
23
DetektorsimulationPYTHIA • 7 TeV • ~1 Mio. Events
Kalibrationsgeraden zwischenFit-Parameter und Top-Massen
für 7 TeV und 10 TeV
Zusammenfassung & Ausblick• Verifizierung Methode als Generatorstudie
• Abweichungen von Erwartung
• Detektorsimulation (begonnen)
24
• Detekorsimulation (weiter)
• Implementierung Dileptonselektion (vgl. T38.1, T40.2)
• Fehlerabschätzungen
Vielen Dank!