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ATLAS 实验和中国组的工作 童国梁 中国联合组 (中科院高能所,山东大学,南京大学,中国科技大学) PowerPoint PPT Presentation


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ATLAS 实验和中国组的工作 童国梁 中国联合组 (中科院高能所,山东大学,南京大学,中国科技大学). 内容: 1. LHC 计划及其进展现状 1.)LHC 计划主要特点 2.)加速器 3.) 探测器 4.) Grid-LCG 2. 中国联合组的工作 1.) 探测器建造 2.) 物理分析的准备 3. 总结. 超级强子对撞机( LHC) 及其实验计划. 在 CERN 建造的 LHC 是当今世界上能量最高的加速器,现计划于2008年年中在14 TeV 对撞能量下运行 LHC 主要设计指标. LHC.

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ATLAS 实验和中国组的工作 童国梁 中国联合组 (中科院高能所,山东大学,南京大学,中国科技大学)

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Presentation Transcript


Atlas

ATLAS实验和中国组的工作

童国梁中国联合组

(中科院高能所,山东大学,南京大学,中国科技大学)

高能物理学会第七届全国会员代表大会暨学术年会


1 lhc 1 lhc 2 3 4 grid lcg 2 1 2 3

内容:

1. LHC 计划及其进展现状

1.)LHC计划主要特点

2.)加速器

3.) 探测器

4.) Grid-LCG

2. 中国联合组的工作

1.) 探测器建造

2.) 物理分析的准备

3. 总结

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Atlas

超级强子对撞机(LHC)及其实验计划

在CERN建造的LHC是当今世界上能量最高的加速器,现计划于2008年年中在14TeV对撞能量下运行

LHC 主要设计指标

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Atlas

LHC

  • s = 14 TeV(7 times higher than Tevatron/Fermilab)

  •  search for new massive particles up to m ~ 5 TeV

  • Ldesign = 1034 cm-2 s-1 (>102 higher than Tevatron/Fermilab)

  •  search for rare processes with small s (N = Ls )

pp

ATLAS and CMS :

pp, general purpose

27 km ring used for

e+e- LEP machine

in 1989-2000

ALICE :

heavy ions

Start : Summer 2008

LHCb :

pp, B-physics

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Atlas

25 ns

Event rate in ATLAS :

N = L x (pp)  109 interactions/s

Mostly soft ( low pT ) events

Interesting hard (high-pT ) events are rare

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 very powerful detectors needed


Atlas

ATLAS/CMS物理目标

寻找质量范围在115 < mH < 1000 GeV的标准模型预言的Higgs 波色子

寻找直到TeV质量的标准模型以上的物理(超对称性,q/ compositeness, leptoquarks, W’/Z’, heavy q/, Extra-dimensions, ….)

精密测量 :

-- W 质量

-- top质量, 耦合和衰变性质

-- Higgs 质量, 自旋, 耦合 (如果Higgs粒子被找到的话)

-- B-physics (作为LHCb补充): CP 破坏, 稀有衰变, B0振荡

-- QCD 喷注截面和 as

-- etc. ….

在高密度下研究从强子物质到解囚禁夸克和胶子等离子体的相变(作为 ALICE的补充)

Etc. etc. …..

这些物理目标是LHC实验计划最感兴趣的部分

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Atlas

Expected event rates at production in ATLAS at L = 1033 cm-2 s-1

Process Events/s Events for 10 fb-1Total statistics collected

at previous machines by ‘07

W e 15 108 104 LEP / 107 Tevatron

Z ee 1.5107107 LEP

1107104 Tevatron

1061012–1013109Belle/BaBar ?

H m=130 GeV 0.02105 ?

以ATLAS/CMS实验为例,Which physics the first year(s) ?

Already in first year, large statistics expected from:

-- known SM processes  understand detector and physics at s = 14 TeV

-- several New Physics scenarios

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Atlas

H  ZZ(*)  4

~ 4 years

ATLAS

~3 years

~1 year

5  discovery

present

limit

Search for the Higgs boson

比较乐观

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Atlas

ATLAS discovery reach

Time reach in squark/gluino mass

1 month ~ 1.3 TeV

1 year ~ 1.8 TeV

3 years ~ 2.5 TeV

ultimate up to ~ 3 TeV

寻找超对称粒子和暗物质

This particle (neutralino) is a good candidate

for the universe dark matter

Neutralino mass can be measured to 10%  SUSY discovery and neutralino

mass measurement at LHC can solve problem of universe cold dark matter

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Atlas

The 1000th cryomagnet was

installed in the tunnel on 5th

September (out of 1746 total)

The Dash Board for the dipoles

(1232 total in LHC) on 31st August

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Lhc schedule

LHC Schedule

  • A CRAG (Commissioning and Running Advisory Group) meeting was convened on 1st September, with participation of all its members (J Engelen, L Evans, S Myers, M Della Negra, T Nakada, J Schukraft, Peter Jenni, M Ferro-Luzzi, and M Mangano)

  • L Evans confirmed the June LHC installation schedule, being very confident that the recent months have shown that the milestones will be reached

  • S Myers was cautious, but commented that it is realistic to plan for a couple of weeks of 900 GeV collisions in 2007

  • The plan is to have the machine on open access January-March 2008, and have then the experiments closed again on 1st April 2008, followed by a few (~3) weeks of controlled access

  • The working schedule has then as target date for first 14 TeV collisions the last week of June 2008 (obviously not a hard date)

  • The experiments were asked to present at the next CRAG (no date yet, maybe early October) their wishes for the 2007 run

    Note: S Myers has accepted to give a presentation on Friday morning

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Atlas

ATLAS Collaboration

(As of the September 2006)

35 Countries

161 Institutions

1830 Scientific Authors total

(1470 with a PhD, for M&O share)

New application (CB decision on Friday)

FH Wiener Neustadt, Nagoya, Regina

Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington, Athens, NTU Athens, Baku, IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, HU Berlin, Bern, Birmingham, Bologna, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice, Brookhaven NL, Buenos Aires, Bucharest, Cambridge, Carleton, Casablanca/Rabat, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Clermont-Ferrand, Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, AGH UST Cracow, IFJ PAN Cracow, DESY, Dortmund, TU Dresden, JINR Dubna, Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa, Giessen, Glasgow, LPSC Grenoble, Technion Haifa, Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck, Iowa SU, Irvine UC, Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, UN La Plata, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana, QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, Mannheim, CPPM Marseille, Massachusetts, MIT, Melbourne, Michigan, Michigan SU, Milano, Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal, McGill Montreal, FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow, MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich, Nagasaki IAS, Naples, New Mexico, New York, Nijmegen, BINP Novosibirsk, Ohio SU, Okayama, Oklahoma, Oklahoma SU, Oregon, LAL Orsay, Osaka, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa, Pittsburgh, CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro, Rochester, RomeI, Rome II, Rome III, Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay, Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen, Simon Fraser Burnaby, SLAC, Southern Methodist Dallas, NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv, Thessaloniki, Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine, Uppsala, Urbana UI, Valencia, UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot, Wisconsin, Wuppertal, Yale, Yerevan

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Atlas

Detector

ATLAS superimposed to

the 5 floors of building 40

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Trt sct barrel travelled to the pit 24 th aug 2006

TRT+SCT barrel travelled to the pit, 24th Aug 2006

A tight fit between BT and EC Calorimeter

Through the parking area

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From the trolley to the support rails

Inside cryostat


Atlas

Event display from the first LAr + Tile Calorimeter barrel cosmics run

Correlation between

LAr Middle & Front layer

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Atlas

One more view of the first installed TGC Big Wheel

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Atlas

ATLAS was honoured last week by a

visit of Stephen Hawking

Simulation of a mini black hole

event with MBH ~ 8 TeV in ATLAS

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Lhc lcg grid

Computing MoU will signed soon

LHC实验的计算环境-LCG(Grid)

CERN Tier0 Serves for ALICE,ATLAS,CMS and LHCb

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Tier2 center

Tier2 Center

包括中国在内的28个地点承诺建立Tier2 计算中心:其中中国北京1个(覆盖ATLAS和CMS),捷克1个,法国2个,德国4个,印度2个(1个为CMS,另1个为Alice),意大利1个,日本1个,巴基斯坦1个,波兰1个,俄国1个、西班牙3个,瑞士1个,台北1个,英国4个,美国4个。

No Computing, No physics

我国将由基金委/科技部签署这份谅解备忘录。与好多其他国家一样,中国的Tier 2将覆盖LHC 上的ATLAS和CMS两个实验。与其他Tier 2 区域计算中心一样,我国的Tier 2也需要挂靠某一个Tier1 计算中心,法国里昂IN2P3和 CERN为首先考虑点。

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Atlas

LHC 实验 Status

Machine,Detector and Computing

Will be all ready for the Physics Run follow the LHC

Schedule!

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Atlas

中国科学家参加ATLAS合作实验情况

  • ATLAS

  • 1999年11月,以国家自然科学基金委员会CERN科学家签订了参加ATLAS合作实验的谅解备忘录,宣布我国正式参加ATLAS国际合作实验计划。

  • 中科院高能所、南京大学、山东大学和中国科技大学以Chinese Cluster名义参加ATLAS合作实验;

  • 中国的ATLAS和CMS合作项目受国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的经费支持。

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Atlas

中国组在MoU的承诺:

  • 参加强子量能器端盖部分的建造

  • 32 BEE型 MDT 探测器的建造以及TGC 电子学

  • 340 kCHF 公共基金以及100KCHF 的直到2003年8年会员费(现金)

  • ATLAS合作组承认的中国组的贡献:1 MCHF

    为了偿付CERN于2002年提出的M&O 和 C&I要求,国家自

    然科学基金委与ATLAS合作组签订了关于中国联合组扩大参

    加ATLASµ子谱仪协议: 山东大学承接400 TGC 探测器建造

    高能所承接16 个BIS.8型 MDT 探测器

    ATLAS 大组承认中国组765 kCHF的贡献, 其中包括305

    kCHF 以in-knid方式抵消分摊给(直到2005年)中国的M&O, C&I费用。

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Atlas

中国组承诺的探测器建造项目的进展

第一阶段

a) 完成了研制用于端盖量能器前轮330 块铜吸收体任务(NJU)

通过全部技术检查后,送往加拿大装配;

b) 完成了400,000 道TGC ASD(Amplifier Shaper Discriminator) 板的检测(USTC)

c) 提供了8,400 片钨棒(吸收体) (NJU)

上述任务受到合作大组和相关合作单位的赞誉。

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Atlas

第二阶段

2001年末,大学组的3个大学决定收缩战线,集中力量承接TGC 探测器的建造(包括相关电子学的工作)

山东大学确定为TGC 探测器的建造基地。

从这时起,中国联合组的任务集中于:

32 BEE MDT 和16 BIS.8 探测器的建造(IHEP)

400 TGC 探测器 (Shandong Univ. …)

上述任务的变化被基金委于2002年批准。

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Atlas

ATLAS 探测器总貌. 其中红字部分为中国组承担建造

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Atlas

MDT探测器研制(IHEP)

2004年3月ATLAS组织专家来高能所基地验收

(由于2003年SARS, 基地验收推迟了10个月)

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Atlas

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Atlas

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Atlas

MDT室批量组装

◆MDT探测器的位置测量精度为50m,每个室中数百根丝的位置精度要求达20m。

◆BEE和BIS.8室处于极为有限的安装空间中,具有特殊的形变因素。

X射线断层扫描测量与组装在线监测数据比较

ΔWire-pitch在±10m以内

验证了组装系统重复性达到高精度

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Atlas

MDT探测器集成与测试

(Integration & Commissioning)

BIS.8室在CERN进行, BEE室在高能所进行。

气体系统:气体分配盒、漏气率

慢控制系统:温度传感器、磁场传感器、准直系统

电子学:高压、读出、屏蔽

宇宙线测试:噪声、效率、时间谱等

气体系统检测

电子学检测

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Atlas

BEE室安装设计

 改进BEE室Kinematic安装结构设计,完成模型加工并即将在ATLAS端盖磁铁低温恒温器上试安装;

 Service:完成气体管线、慢控制系统及电子学系统的安装设计。

BEE室磁场传感器布置

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400 tgcs the lvl1 trigger chambers

400 TGCs (the LVL1 trigger chambers)

TGC 探测器建造(山东大学)

Shandong University is responsible for 400 TGCs production.

Their location in ATLAS detector is shown in the picture (the black ring).

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Two tgcs assembled into one unit doublet

Two TGCs assembled into one unit (doublet)

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Atlas

TGC 检测系统(中国科技大学)

The System has been installed at the

TGC production site in SDU and

works normally

 30 minutes for one T9 TGC unit test

 48 units of T9 TGC tested by

using this system

Block Diagram of the System

Sample of uniform inspection between channels in a unit

(channel 32 and 33 at the edge of chamber, the area is half of normal channel)

Sample of Plateau Curve

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Atlas

Mikenberg教授来信高度评价 on Dec. 17, 2004

“…196个TGC探测器在检测中没有发现一台的质量低于所要求的质量标准,而且各方面的性能都明显超越。”,“山东大学生产的所有探测器的低灵敏区域”都低于1%(规定的质量标准是5%)。相对于ATLAS的其它两个研制基地(日本的KEK以及以色列的Weizmann研究所,…达到如此的高质量,这确实是一个突出的成绩”。

………

国内专家对山大的TGC建造也给予高度评价

2005年1月26日山东省科技厅组织有关专家对于山东大学承担的国家自然科学基金委

“ATLAS端盖μ触发TGC(窄隙室)的研制”项目进行了科技成果鉴定。鉴定委员会

由来自高能所,北京大学,中国科大,南京大学,华中师大国内探测器专家组成。

“测试结果表明,探测器的主要性能指标明显好于设计要求,探测效率明显优于国外

其它实验室制作的同类探测器,达到了国际先进水平”。

400个TGC室已于2004年底全部完成

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Atlas

钨棒加工(南京大学)

加工4,400 根钨棒的任务也于2003年由南京大学完成,并以质量优秀而受到ATLAS组端盖量能器组外国同事的高度评价。.

Dear Ming and Ting-Yang, 

Attached is a picture of the ATLAS Forward Calorimeter FCal3C Module. This module, built at Carleton University in Ottawa, Canada and now in our clean room at CERN, contains approximately half Chinese Tungsten Rods. Recent capacitance measurements confirm the dimensional Quality Control measurements that these rods are of excellent quality. These rods, which form the inner electrode of each of 8200 ionization gaps in each of two modules, are crucial components of the ATLAS Detector and are perhaps the hardest to produce with the necessary parameters. All indications are that this module will be a superb device within the ATLAS Detector.

The picture is taken in the Jura-side clean room in the North Area at CERN. The cabling of the module is just starting.

Best regards,

John Rutherfoord

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Atlas

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Atlas

MDT探测器的集成、调试和安装

目前和近期工作任务

根据ATLAS计划,32个BEE室将于2006年夏季开始安装。因此,完成全部MDT室的批量组装后,2006年在集成和测试方面的工作仍然非常艰巨。由于BEE室是中国独立承担的项目,在CERN的测试工作必须由我们自己完成,并且须参加部分安装及调试工作。具体安排如下:

2006年1月— 2006年7月 BEE室测试

2006年6月— 2006年12月 BEE室在CERN安装

2007年1月— 2007年8月 开始实地调试运行、准备对撞实验

TGC也承担部分调试和维护任务

目前高能所和山东大学都派出科研人员在CERN探测器的调试、安装

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Atlas

计算环境建设和物理分析准备

  • 中国ATLAS组承担的探测器建造任务的国内任务大部分已经完成,目前部分人员参加在CERN ATLAS实验区的调试和安装任务。

  • 计算环境建设和物理分析准备工作已经开始(与高能所计算中心合作)

  • 网格计算环境建设(高能所计算中心负责)

  • 队伍培养与国际合作

  • 物理选题准备

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Beijing tier 2 pledge

Beijing Tier-2 Pledge

  • Resources listed in WLCG MoUFor ATLAS and CMS

以上承诺的资源同时用于两个实验。所以可以认为是一个实验一半。但目前还没有确定经费的来源。需要尽快和科技部及基金委协商。

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Atlas

物理分析工作的开展

  • ATLAS中国联合组

    高能所:

    与法国CPPM合作建立了固定的合作关系,学生、访问学者互访,合作研究并为我们培养了人才。目前,IHEP ATLAS 软件环境建设和物理课题预选工作已经启动。

  • 对ttH物理课题进行了模拟研究:完成了ttH快蒙特卡罗模拟分析,在高能所的机器上基本成功地安装了ATLAS最新软件10.0.4,现正在进行full-simulation仔细研究,已在ATLAS Higgs组内做了研究进展报告。随着人力的增加,我们将进行HVV和SUSY研究的准备工作。

    山东大学:选择Top夸克对自旋关联物理研究,和法国CPPM建立了实质性的工作合作关系。2006年,多次在top工作组会议上报告工作进度, 并发表两篇ATLAS notes. 在山东大学建立了完善的计算环境和蒙特卡罗模拟软件。

    中国科技大学:几位在强子对撞实验D0有兴趣的专家正在研究在强子对撞机如何探测R-parity 破坏em 共振中的sneutrino

  • 物理分析队伍正在逐步成长,最终计划 形成包括14 senior physicists and 6-7 Phd. Students较强的分析组。

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Atlas

良好的研究基础

  • 中国组承担完成了多项 ATLAS 硬件工作,取得了参加物理分析、共享物理成果的“入场卷”。

  • 高能所先后共 5 人次赴法国 CPPM 研究所工作,已能熟练掌握运用 ATLAS 分析所用的极其复杂的软件。法国In2P3还派出物理学家在高能所开展合作研究。

    山东大学也派人在CPPM和CERN参加数据分析和数据管理工作。

  • 已在国内建立了完整的 ATLAS 物理分析软件环境,并与国外发展同步,基本可以通过 GRID 进行 MC 样本产生等。

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Atlas

良好的研究基础 (续)

  • 项目组成员均有丰富的物理分析经验,尤其具有 pp 对撞实验的分析经验,对LHC实验物理分析非常重要。

  • 其中多人还长期参加国外大型高能物理实验,建立了良好的信誉和广泛的国际合作关系,在 ATLAS 实验中有许多老朋友。还得到法国CPPM / IN2P3 的大力支持,这些无疑有助于我们尽快进入相关物理研究的 Working Group。

  • 我们在 ALEPH Higgs 寻找中建立了新的统计分析方法,提高了分析灵敏度,可以移植到 ATLAS 分析中。

  • 物理分析工作已得到Higgs Working Group 认可。

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Higgs

已在 Higgs 物理分析中占有一席之地

  • 与法国 CPPM 合作过程中,选择了ttH (HWW)和 top spin correlation 作为研究课题,不仅熟悉掌握了ATLAS分析软件, 更重要的是先后完成了Fast Simulation 和 Full Simulation 的工作。

  • 已有多人(高能所的吕峰、单连友、张华桥(博士生),山东大学的祝成光)在CERN举行的ATLAS Higgs Working Group 和top Working Group会议上 多次报告分析结果,得到认可和赞赏。在由中、法、德等国研究人员合作完成的 ttH 分析中,指定由中方担任该物理分析 note 的 editor,使我们在 Higgs 物理分析中占有了一席之地。

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Atlas

拟开展的研究工作

  • 基础软件工作

    • 合作完成  探测器相关的刻度、准直和重建等基础软件工作和  探测器性能研究,为物理分析提供保证和相关系统误差分析。

  • 物理分析工作

    • ttH coupling

    • HVV coupling

    • top spin correlation

    • R 宇称破坏研究

    • 统计方法的移植和研究

    • 与国内理论家合作开展新的研究课题

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Tth coupling

ttH coupling 研究

  • 虽然该研究不是发现 Higgs 的最佳衰变道,但是它对研究Higgs 的Yukawa coupling,检验是否为标准模型Higgs 非常重要。

  • 已基本完成 HWW 模式的Monte Carlo 模拟研究。

  • 开展 Hbb, tautau 新衰变模式的研究,以研究低质量Higgs (~115 GeV)的性质。

  • 开始取数后,将仔细研究各种物理变量的数据与MC模拟的一致性,完成系统误差分析,正式发表物理结果。

    • 高能物理实验中系统误差分析对物理结果的可靠性至关重要!也很费时间人力。

    • tt 过程是该项研究的主要本底,因此 另一项课题 top 物理研究可为理解该本底模拟的可靠性提供重要基础  课题之间的互补关系。

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Atlas

研究技术关键

  • 大横动量 e, mu 轻子的鉴别是目前研究物理课题的关键之一。

  • Jet-tagging 是另一项关键技术,将与 CPPM 合作研究。(早在 ALEPH 时代,CPPM 就专长此项技术)

  • ATLAS LCG计算平台、软件环境维护与发展。

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Atlas

加强合作交流

  • 与国内理论家的交流与合作

    • 选择新课题

    • 定期或不定期各种形式的研讨会

  • 与国外的合作

    • 进一步加强与法国 CPPM 的合作

    • 与美国 Wisconsin 大学等开展新的合作研究

  • 中国组内部各个单位之间的合作、交流与协调

    • 研究课题合作与互补

    • 每两个月召开中国组会议,经常性 video meetings。

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Atlas

结束语

  • 8年来,中国联合组已为ATLAS合作大组的探测器建造作出了有价值的贡献。中国组的贡献受到ATLAS合作大组的称道。近期,中国组将参加探测器的安装、调试。

  • LHC计划在2008年6月底将实现14 TeV pp对撞,这是一个对所有粒子物理工作者都是激动人心的时刻。随着LHC物理运行时刻的来临,中国组正积极参与ATLAS实验的数据分析的准备工作,并在有些物理道(如ttH这一具有重要物理意义的实验分析)在ATLAS组内占有一席之地。

  • 我国的理论家是高能物理界的一支有生力量,与他们的紧密合作是我们今后工作的方向。

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Atlas

结束语(续)

中国组十分重视与ATLAS组内有实力的研究院、所进行实质性的合作,富有成效,今后将坚持和发展这种合作。

  • 中国实验工作者在ATLAS实验的数据分析中已经占有一席之地,十分不易。如果要保持良好的发展势头,继续在具有重要物理意义的课题上取得良好的成绩,必须从组织和经费上给以必要的保证。我们希望得到基金组织以及有关上级部门大力帮助和支持。

  • 谢谢!

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