Çözümleme Örneği Gökhan Ünel / UC Irvine HPFBU okulu - Şubat 2012
Duruma bakalım n LHC yeni başladı n Yeni parçacıklar bulunabilir - heyecan verici n Yeni çarpıştırıcılar plan aşamasında (LHeC, ILC, CLIC..) n Bu aletlerin olanaklarını araştırmak gerek n O halde ne yapmalıyız? (Bir konu seçtikten sonra) n Ölçümü önermek n Çarpıştırıcıyı tanımak n Modeli 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 SM ile aynı n kütlesi Wdan daha ağır n Bir γe çarpıştırıcısı yapsak bu yeni parçacığı bulabilir miyiz? n üretim örneği bozunma ürünlerinden başlayıp keşif yapabilir miyiz? W 3 Örnek jet kanalı: sinyal= 2j+MET
Nasıl yapılır? n Uğraşmaya değer mi? n Modelimizi bir üretici içine yerleştirelim n 1 yıl içinde ne kadar olay bekliyoruz? n Sinyal hangi izi bırakıyor? Sinyalin en belirgin özelliği ne? n SM den gelecek olan arkaplan olayları neler? n Sinyal için MC olayları üretelim n Algıç simülasyonu yapalım. n Sinyali kolayca arkaplandan nasıl ayırt ederim? Sinyali nasıl tetikleyelim? n Sinyali yeniden oluşturabiliyor muyuz? n SM de MC olayları üretelim, arkaplan icin n Algıç simülasyonu yapalım. n Sinyal hala görülüyor mu? 4 Cevap Evet ise deneyi yapmaya başlayalım..
Hedef ve Aletler sinyal γe W ν 2j+MET ardalan=gürültü γe 2j+MET n Cain, GuineaPIG n Işınlık hesabı n Pythia, CompHEP, MadGraph n Olay üretimi n Pythia n Parton yağmuru, hadronlaşma.. n PGS n Algıç simülasyonu n ROOT n Veri incelemesi 5
Yapılacak işler Fizik Modeli 1.Sinyal olaylarını - öğrendiğimiz aletlerle üretelim: 1.1.γe W ν 2j+MET CHEP den, 1.2.γe ışınlığını CAIN den bulalım. 2.MG ile ardalanı hesaplayalım. 3.Hem sinyali hem ardalanı algıç benzetiminden geçirelim. 4.Bir çözümleme (analiz) programı yazıp sinyali gürültüden (ardalandan) ayırt edebiliyor muyuz bakalım. 6 olay üreticisi hadronlaşma algıç simülatorü ntuple yapıcı Çözümleme MG/C*HEP/Pythia Pythia PGS/Delphes ExRootAnalysis yazılacak... events.lhe events.hep events.lhco events.root 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 bozonu ekleyelim (Particles) n W ile kütlesi ve genişliği dışında aynı olmalı n Wp nin özelliklerini değişken olarak ekleyelim (Variables) n m=770 varsayım, genişlik tahmin: n Constraints gerekmiyor, n Wp jetini kolaylık için tanımlıyalım (Composite) 7
SM e ek.. devam n Lagrangian da W olan bütün satırları n kopyala ve yapıştır n kopyalarda bütün W özelliklerini Wp özelliklerine çevir: n Buraya kadar yaptıklarımızın doğruluğunu yoklayalım: n bir hata varsa uyarı bilgisi verilir n önceki sayfada küçük-büyük harf hatası var!! wwp olmalıydı! (küçük harf) 8
W genişliği: W 2*x 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% leptonsal n 74.5% hadronsal bozunum n 23% top quark içeriyor n bizim sinyale uymuyor... n Şimdi çarpışmalara bakalım n içeri girenler: n Dışarı çıkanlar: Wʹ bozununca ~51% i 2jet sinyali veiyor 9
W oluşumu - yılda kaç tane? e γ W ν n Bozunmamış sinyal n tesir kesitini hesaplayalım ve Kinematik özelliklere bakalım n 1.64fb tesir kesiti bekleniyor n ILC Işınlık 2.8x10 34 /cm 2 /s n eγ: ~2.8x10 33 /cm 2 /s n 1 yıl ~10 7 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% 0.8fb 10 T3 T4
W bozunumu - sağlama e γ W ν jj ν n W hadronsal bozup, sadece sinyal kısmına bakmak için biraz akıllı tercih biraz da temizlik gerekli: Wp bozunumu yok. Sinyal değil! 11 toplam tesir kesiti = 0.82fb, beklendiği gibi
W olay üretimi n Sinyal olaylarını bütün alt süreçlerden üretmeye gerek yok. Tesir kesiti 10-7 pb 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 n Basit bir program yazıp üretim zincirine dahil edelim n Olayları araya sokup, hadronlaşma sağlayıp, hep biçiminde yazalım. 12 PGS/Delphes ExRootAnalysis events.hep events.lhco 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 olay üreticisi hadronlaşma algıç benzetimi n Olayları üretin (örnek: MadGraph) n cd Events ; ls n unweighted_events.lhe üretilmiş olmalı n Hadronlaşma yaptırın n../bin/run_pythia ; ls n pythia_events.hep üretilmiş olmalı n Algıç öykünmesi n../bin/run_delphes ; ls n delphes_events.lhco üretilmiş olmalı MG ödevinde tek komutla yapıldı! ntuple yapıcı Çözümleme n ROOT dosyasını hazırlayın n../../exrootanalysis/exrootlhcolympicsconverter pgs_events.lhco sm.root ; ls n sm.root 14 bu dosyayı inceleyip, çözümlelim.
15 dakika ara 15
Çözümleme - her yiğidin yoğurt yiyişi farklıdır. n Önce ROOT ile bir çözümleme iskeleti yapalım, n Laptop çalışabilelim ki gece uykumuz kaçınca da çözümleme yapmaya devam edebilelim. n ROOT ile kütüğü yükleyip, yazalım: n root -l bg.root n LHCO->MakeClass("hpfbu_a") n Böylece 2 yeni kütük üretilmiş olur: n hpfbu_a.c ve hpfbu_a.h Şimdilik sizler Bizler 16
Çözümleme 2 n Çalıştıralım - sonucu görelim. n 1 çizim bekliyoruz n 2 jeti olan olaylarda W var mı? Tamam! 17 her olayda 2 jet istiyorum
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 tepe ~mw 19
Ardalan=gürültü n Aradığımız ize benzer iz bırakan n Ama aradığımız nesneyi (W ) içermeyen herşey n bunlardan kurtulmak lazım n BSM araştırmasında SM gürültüdür n Samanı iğne den ayıracak bir takım özellikler bulmak gerekli n CUT = Tırpan n Hangi özellikler kullanılabilir? n W 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 tırpan ile kaç olay kaybettik? n Her tırpandan sonra kalanları sayalım ve saklayalım: 2 jet tırpanından kurtulan olayları sayar. kurtulan olay sayısı Daima önce çizin sonra kesin. Ne kaybettiğinizi 22bilin.
si & sm.h dosyasını değiştirelim.c dosyasını da.. eski yeni 23
si & sm - karşılaştırma n runme.c de değişmeli n Çalıştıralım, sonuç: n Şimdi sinyal ve ardalan olaylarını karşılaştırabiliriz.. n Yeni C program yazalım. n si 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 verim kalan olay sayısı başlangıçtaki olay sayısı toplam olay sayısı si + sm çizimi
W Birleştirelim -1 #events/10gev/28fb 120 100 80 60 n Eyvah!!! Sinyal görünmüyor... n Bir özellik kullanıp ardalan olaylarını tırpanlayıp kesmek lazım. n bu jet pt olabilir mi? 40 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 M jj (GeV) 26
Tırpanlayınca.. n Olay sayım azaldı, n 3yıl bekleyim ve 20GeV lik aralıklarla olaylari sayayım. W -1 120 #events/20gev/84fb 100 80 60 40 deneyi gerçekten yapsam siyah dağılımı ölçerdim. bu ne? 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (GeV) 27 M jj
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. 2 (s + b)ln 1+ s s b JJ inv mass 45 40 35 30 25 20 15 10 Entries Mean RMS jjmass 5 28 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Ölçüm gerçek mi?? n Anlamlı mı yoksa istatistik hata mı? n Ölçütler (σ) n En az 3σ => Gözlem n En az 5σ => Keşif 2 (s + b)ln 1+ s s b JJ inv mass 45 40 35 30 25 20 15 10 Entries Mean RMS jjmass 5 29 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Gerçek mi? 600 700 800 900 n Keşif için daha çok veri kaydetmem lazım n Bir kaç yıl daha deneyim çalışsın: Bir sinyal gözledim! 30 Keşif TAMAM!!!
Sonuç n Artık yoğurt da sizin, kebap da sizin! 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