Esercizio J/Ψ della CMS Masterclass
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Con questo esercizio potrai studiare decadimenti di coppie di muoni, per determinare quali sono candidati di J/Ψ (un mesone composto da una coppia di quark charm-anticharm) e poi creare un istogramma della distribuzione di massa per gli eventi che passano nel "trigger degli studenti."


Riconoscere un candidato J/Ψ

Quando una particella J/Ψ decade, tipicamente produce una coppia di muoni. Guarda ATTENTAMENTE i due eventi nelle figure sotto. Vedi una coppia di muoni (tracce rosse) in uno o in entrambi gli eventi? Potrebbero essere candidati di J/Ψ? Si tratta di una chiara evidenza? Sei sicuro della tue affermazioni?
Un evento deve passare due test prima di essere considerato un candidato di J/Ψ. Per valutare quanto sei sicuro delle tue affermazioni, puoi assegnare un valore da 0 (improbabile) a 3 (convinto). Assieme ad un tuo compagno devi studiare 100 eventi. Che peso dare a ciascuno dei criteri è una tua responsabilità, da determinare in collaborazione assieme agli insegnanti ed ai supervisori. Potrai quindi segnare il tuo giudizio su un foglio elettronico.

Primo test: cariche opposte

Per poter essere un candidato J/Ψ, l'evento deve contenere due tracce derivanti da muoni di carica opposta.
  • Se le due tracce curvano nella stessa direzione nel magnete solenoidale (situato appena prima del calorimetro adronico, HCAL), allora i muoni hanno lo stesso segno di carica e quindi non vengono da un decadimento di una J/Ψ (basandosi su questa informazione, sapresti dire qual'è la carica di una J/Ψ?).
Nota bene: la visuale x-y fornisce un'immagine affidabile della curvatura, mentre altre visuali possono confondere l'osservatore.
Se l'evento non passa il test della carica, allora l'evento quasi certamente non proviene da un decadimento di una J/Ψ: assegna il giudizio "0" (vedi sotto).
Secondo test: la qualità della traccia del muone

Se due muoni passano il "test della carica", allora devi valutare la verosimiglianza di un candidato J/Ψ valutando le tracce dei muoni. Se ce ne sono più di due, valuta i due migliori di carica opposta.
  • Ogni muone mostra una traccia "global muon". (Nota bene: "tracker muon" e "stand-alone muon" si riferiscono a tracce di un muone rivelate in differenti parti di CMS, mentre "global muon", se può essere ricostruito accuratamente è la traccia che ricopre l'intero percorso del muone nel rivelatore).
  • Ogni traccia di un muone produce segnali in diversi punti dei tubi a deriva (Drift Tubes, DT), nelle camere a piatti resistivi (Resistive Plate Chambers, RPC), o nelle camere a strisce catodiche (Cathode Strip Chambers, CSC). Questi sono tutti componenti del rivelatore di muoni CMS, e le tracce al di fuori del solenoide superconduttore sono tutte calcolate a partire da segnali in questi sistemi.
  • La traccia non è associata con un getto di particelle (che nel display dell'evento assomiglia ad un cono).
Per comprendere meglio le tracce dei muoni, ti servirà manipolare il display ed accendere o spegnere componenti come ad esempio la CSC. Assicurati di allargare la finestra di iSpy Online a sufficienza per poter accedere ai bottoni nella lista a sinistra.


Elementi di un evento di candidato J/Ψ


Prima di cominciare

Se non hai familiarità con iSpy Online, vai all'introduzione o chiedi al tuo insegnante o supervisore.


Valutazione dei candidati di J/Ψ

Usa le indicazioni di sopra per valutare gli eventi candidati di J/Ψ. Cerca di applicare rigorosamente le tecniche che hai imparato. La valutazione di verosimglianza di candidati J/Ψ, in una scala da 0 a 3, si basa sullo studio dei muoni nel display dell'evento.
0 - IMPOSSIBILE
1 - INSUFFICIENTE
2 - DISCRETO
3 - BUONO
Segna la tua valutazione per ogni evento nel foglio elettronico. Il calcolo della massa - che costituisce la seconda parte dell'esercizio delle Masterclass - è possibile attraverso i dati riportati sul foglio elettronico solo dopo che la valutazione dei muoni è stata completata.

Nell'eventualità che vi troviate in presenza di eventi anomali o difficili da valutare, consultatevi con altri studenti, insegnanti e supervisori per fare una valutazione il più corretta possibile.

Controllo generale di correttezza

Conta quanti eventi di una certa valutazione hai, poi confronta il dato con gli altri gruppi. Se i numeri sono molto diversi, discutete insieme i vostri criteri di valutazione e decidete se è necessario modificarli.

Altri dati

Se finisci tutti e 100 gli eventi, comincia con un nuovo insieme di dati, possibilmente uno che non è stato ancora analizzato da nessun gruppo. Ci sono 2000 eventi in tutto e più ne analizzi, migliori saranno i tuoi risultati complessivi.


Risultati

Tutto il gruppo deve effettuare questa parte di esercizio sotto la direzione di un supervisore.
  1. Decidi quali valutazioni includere nel grafico di massa, per esempio solo eventi con giudizio "3", o eventi con giudizi "2" e "3", ecc.
  2. Utilizza il foglio elettronico per estrarre le masse calcolate per gli eventi selezionati.
  3. Disegna le masse dei candidati selezionati in un istogramma.
  4. Se possibile, riguarda le decisioni prese per la creazione dell'istogramma, per vedere se il grafico di massa possa essere migliorato.
  5. Prendi nota del miglior grafico di massa per la particella J/Ψ.
  6. Discuti l'interpretazione dei risultati complessivi e il contributo di ciascun gruppo.