1 Yüksek Enerji Fiziğinde Nasıl Analiz Yapılır? Üzerine bir çeşitleme… V. Erkcan Özcan University College London 22 Kasım 2007 CERNTR toplantısı

2 Özet Amaç: Olabildiğince kısa bir zamanda bir “keşif” analizinin nasıl yapıldığını anlatmak. –Model ve Jeneratör (Üretici) –Simulasyon ve Olaylar –Analiz –Anlamlılık/Değerlilik (Significance) ve Sistematik hatalar –Sunum ve makaleler…

3 Bu Sunum Ne Değil? “Keşif” analizi – “Hassas ölçüm” degil. Özellikle “çarpıştırıcı fiziği” ağırlıklı. Slaytlar bütün adımları, detayları göstermiyorlar, sadece tartışmayı yönlendirmek amacı taşıyorlar. –Soru sormak zaruri… –Tarzanca icin özür diliyorum…

4 Model / İmza Secimi Ilginç bir fizik modeli –Bildiklerimiz neler? –Bilmediklerimiz ne olabilir? Deneyci olarak modeli ne kadar detaylı anlamalıyım? –Öğrenci perspektifi, post-öğrenci perspektifi “Popüler” mi, “beklenmedik” mi? –Öğrenci perspektifi, post-öğrenci perspektifi Model mi? İmza mi? Örnek: Fourth Sequential Family within the context of “Flavor democracy”. –İmza: Standard Model’dekileriden daha ağır lepton ve quarklar.

5 Jeneratör Seviyesi Acaba modelimizin imzasini makinamizin enerjisinde görebilir miyiz? –Birden fazla imzasi, kanali varsa hangisini? Sinyalin ve backgroundun (taban sayımı) tesir kesitleri neler? Kinematik değişkenler –Detektör, tetikleyici…

6 Jeneratörler Parton Düzeyi Matris elemanlarının hesabı –Model Lagrangian’ini girmek Bilinmeyen parametreler? –Kaç vertex istiyoruz? –Leading-order mi? Next-to-leading order mi? –Parton dağılım fonksiyonları –QCD skalası –Kinematik gereklilikler Bütün bunları nasıl giriyoruz? –Kod yazabiliriz (genellikle Fortran) –Grafik girdi yapılabilir –“Input card” yazabiliriz

7 Madgraph girdisi (Input Card örneği) ##******************************************************************** ## Number of events and rnd seed * ##******************************************************************** # = nevents ! Number of unweighted events requested # 0 = iseed ! rnd seed (0=assigned automatically=default)) ##******************************************************************** ## Collider type and energy * ##******************************************************************** # 1 = lpp1 ! beam 1 type # 1 = lpp2 ! beam 2 type # 7000 = ebeam1 ! beam 1 energy in GeV # 7000 = ebeam2 ! beam 2 energy in GeV ##******************************************************************** ## PDF CHOICE: this automatically fixes also alpha_s and its evol. * ##******************************************************************** # 'cteq6l1' = pdlabel ! PDF set ##******************************************************************** ## Renormalization and factorization scales * ##******************************************************************** # T = fixed_ren_scale ! if.true. use fixed ren scale # T = fixed_fac_scale ! if.true. use fixed fac scale # 500 = scale ! fixed ren scale # 500 = dsqrt_q2fact1 ! fixed fact scale for pdf1 # 500 = dsqrt_q2fact2 ! fixed fact scale for pdf2 ##******************************************************************** ## Minimum pt's * ##******************************************************************** # 20 = ptj ! minimum pt for the jets # 0 = ptb ! minimum pt for the b # 10 = pta ! minimum pt for the photons # 10 = ptl ! minimum pt for the charged leptons ##******************************************************************** ## Maximum rapidity * ##******************************************************************** # 2.5 = etaj ! max rap for the jets # 1d2 = etab ! max rap for the b # 2.5 = etaa ! max rap for the photons # 2.5 = etal ! max rap for the charged leptons ##******************************************************************** ## Minimum DeltaR distance * ##******************************************************************** # 0.4 = drjj ! distance between jets

8 Feynman Diyagramları (CompHep çıktısı) (1) Diyagramları üret(2) Hesapla

9 Sinyal CompHEP v4.4.3, 250, 500, 750 GeV. –CTEQ 6L1 pdf 250 GeV için tesir kesiti çok yüksek… –Tevatron görmüş olabilir mi? –Tevatron icin tesir kesidi ~1pb. –CDF alt limiti 256 GeV. M d4 (GeV)  (MeV)  (pb)

10 MadGraph çıktısı

11 Taban Sayımı (Background) MadGraph (v3.95) pp > w+w-bb~  ~413 pb pp > w+w-jj(j=u,d,s,c)  ~14 pb pp > w+w-bb~j (j=u,d,s,c)  ~379 pb pp > w+zjj(j=u,d,s,c)  ~6 pb pp > w-zjj(j=u,d,s,c)  ~3.5 pb w+w+ ve w-w- içerenler:  <1pb. Toplamını nasıl çıkaracağız? –MLM eşleştirmesi vs. Yapabilir miyiz? (Sinyal 2.6 pb!) Yaparız herhalde…

12 Event (Olay) hazırlamak Hadronizasyon, fragmantasyon, parçacıkların bozunması vs. vs. Detektör (algıç) simulasyonu (benzetim) –GEANT, dijitizasyon, reconstruction –Hizli simulasyon (FAMOS, ATLFast, PGS) Sonuç: –Detektörde göreceklerimizin listesi (“ölçülmüş” momentumlar, enerjiler, parçacık cinsleri vs.)

13 Analiz 1 – Kinematik Değişkenler Olaydaki iki W bozonundan birisini lepton kanalında arıyoruz. “Kayıp” P x, P y değerlerini detektörümüzün göremediği nötrinoya atfediyoruz. Histogramlar 1fb -1 ’lik toplam dataya normalize edilmiş.

14 Analiz 2 – Reconstruction W bozonunun kütlesi, olaydaki 3. ve 4. en yüksek P T ’li jetin 4- momentumlarının toplamından. Histogramlar birim alana normalize edilmiş.

15 Analiz 3 - Background’u azaltmak

16 Analiz 4 – Son değişkenler

17 Anlamlılık (Significance) Fit, likelihood… Anlalılığın en az 5 olması için gerekli data miktarı (integrated-lumi)…

18 Sunumlar / Makale Analizle ilgili alt gruplarda düzenli sunumlar Konferans sunumları “Collaboration” içi notlar (Communication notes) Pre-print arXiv => Dergi seçimi… Bu sunumdaki örnek analizin detayları: ATL-PHYS-PUB