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Exercice de sélection de J/Ψ pour les Masterclasses CMS

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Cette page utilise l'ancienne version de iSpy (iSpy-online). Pour utiliser la nouvelle version, iSpy-webgl, veuillez consulter le lien CMS Masterclass Documentation. Vous étudierez des collisions dans lesquelles des paires de muons sont observées parmi d'autre particules et sélectionnerez celles qui correspondent à des J/Ψ (mesons charme-anticharme). Pour chacune des collisions sélectionnées, vous calculerez la "masse invariante" du candidat J/Ψ correspondant. Finalement vous étudierez la distribution de cette «masse invariante» en construisant un histogramme. Prérequis Lorsqu'une collision de protons se produit au centre de CMS, elle crée et éjecte des particules qui traversent les détecteurs de CMS et peuvent ainsi être suivies à la trace. C'est ce qu'on appelle un «événement». Certains de ces événements peuvent contenir des particules J/Ψ. La question est : «comment peut-on le savoir ?». Et c'est ici que vous intervenez ! Pour vous aider, voici quelques explications. Lorsqu'une particule J/Ψ se désintègre, elle produit typiquement une paire de muons. Regardez ATTENTIVEMENT les deux images ci-dessous. Elles représentent chacune un événement. L'un d'eux contient-il une paire de muons (un muon est représenté par une trace rouge) ? Pourrait-il contenir un candidat J/Ψ ? Quels sont les indices qui vous permettent de trancher ? Sont-ils peu ou très convaincants ? Quel est votre degré de certitude ? Un événement doit réussir deux tests pour être considéré comme un candidat J/Ψ. Vous évaluerez le niveau de réussite pour ces deux tests. En collaboration avec les professeurs et encadrants, vous déterminerez quel poids attribuer à chaque test pour former une notation finale pour chaque événement. Par binôme, vous étudierez et évaluerez 100 événements. Vous enregistrerez les résultats de vos notations dans un formulaire préparé à cette fin. Les deux tests à prendre en considération dans votre systême de notation sont les suivants. Test 1: Charges opposées Pour être un candidat J/Ψ, l'événement doit contenir les traces de deux muons de charges électriques opposées. Si les deux traces se courbent dans le même sens à l'intérieur de l'aimant solénoïdal (logé dans la partie de détecteur appelée «HCAL Outer»), cela signifie que les charges des particules correspondantes sont de même signe et donc qu'elles ne proviennent pas de la désintégration d'un J/Ψ. (Selon ces informations, quelle est la charge d'un J/Ψ ?) Note: La vue «x-y» permet de déterminer efficacement les charges des particules. Les autres vues peuvent être trompeuses. Si l'événement ne passe pas le test de la charge, il ne correspond très probablement pas à un J/Ψ. Attribuez lui na note «0». Test 2: Qualité des traces des Muons Si deux muons passent le test «charges opposées», évaluez la probabilité que l'événement soit un J/Ψ en utilisant la qualité des traces des deux muons. Si plus de deux muons sont observés, utilisez la paire de muons de charges opposées ayant les meilleures traces. Voici quelques critères de qualité. La trace est associée à une trace «global muon». (Note : La trace des muons peut être reconstruite dans différents détecteurs de CMS. Si la trace et reconstruite dans la partie interne de CMS (le trajectographe ou tracker en anglais), on l'appelle «tracker muon». Si elle est reconstruite dans la partie externe de CMS (les chambres à muons), on l'appelle «stand-alone muon». Finalement, si elle est reconstruite dans sa totalitè, on l'appelle «global muon»). La trace présente de multiples points d'impact dans les chambres à dérive (DT), les chambres à plaque résistive (RPC) ou les chambres à lignes cathodiques (CSC). Ces derniers sont tous des détecteurs de CMS et les trajectoires des muons à l'extérieur du solénoïde sont calculées à partir des signaux laissés dans ces détecteurs. La trace n'est pas étroitement associée à un jet de particules (représenté par un cône dans le logiciel de visualisation). Notez que vous devrez manipuler le logiciel de visualisation et cocher ou décocher les cases permettant de visualiser les détecteurs tels que les CSC, DT... pour mieux comprendre les traces de muons. Assurez vous d'ouvrir la fenêtre du programme de façon suffisamment large pour voir les boutons du panneau de gauche. Éléments d'un candidat J/Ψ Avant de commencer Si vous n'êtes pas familier avec le logiciel de visualisation iSpy Online, suivez l'introduction ou demandez de l'aide à votre encadrant ou professeur. Évaluez les candidats J/Ψ Utilisez les indices présentés ci-dessus pour évaluer les candidats J/Ψ. Appliquez ce que vous venez d'apprendre de façon rigoureuse et constante. Attribuez une note aux candidats J/Ψ, sur une échelle 0-3 en vous aidant du logiciel de visualisation : 0 - AUCUNE CHANCE 1 - PEU DE CHANCE 2 - POSSIBLE 3 - CERTAIN notes de chaque événements Entrez les dans la feuille de calcul. Le calcul de la masse, la deuxième partie de cet exercice, sera rendu possible dans la feuille de calcul lorsque les notes seront entrées. En cas d'anomalie ou de difficulté, consultez les autres élèves, les professeurs et les encadrants pour produire une notation la plus cohérente possible. Test de cohérence générale Comptez les événements pour chaque score et comparez vos résultats avec les autres groupes. Si les résultats sont très différents, demandez-vous si un groupe ne devrait pas modifier la méthode appliquée pour obtenir ses résultats. Des données supplémentaires Si vous avez terminé vos 100 événements, commencez un nouveau lot. Il y a 2000 événements et plus vous en traiterez, meilleurs seront vos résultats. Résultats Le groupe entier travaille, pour cette partie des Masterclass CMS, sous la direction des encadrants. Décidez quels événements utiliser pour construire l'histogramme de masse. Par exemple, ne retenez que les événements notés «3» ou ceux notés «2 ou 3»... Utilisez la feuille de calcul pour extraire les masses calculées pour les événements sélectionnés. Produisez un histogramme de la masse des candidats sélectionnés. Recommencez les étapes 2 et 3 avec une nouvelle sélection d'événements pour tenter d'améliorer l'histogramme. Enregistrez le meilleur histogramme obtenu. Discutez les résultats obtenus, les contributions de chaque groupe et les interprétations.

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