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CMS-RPC 探测器与 北大组物理分析进展

CMS-RPC 探测器与 北大组物理分析进展. 班勇 ( 代表北京大学物理学院 CMS 实验组 : 杨宗长 , 钱思进 , 周鹏 , 王思广 , 冒亚军 , 班勇 ).  2006 年 10 月 29 日 - 桂林 . 概 要. CMS 实验 RPC 探测器  CMS 实验的 RPC 计划  北京大学 CMS-RPC 计划进展. 北京大学 CMS 组物理分析进展  几个可能的研究课题  利用对高 Pt 重味夸克素的测量检验 NRQCD ◇ 物理动机 ◇ J/ Ψ 和 Υ 的模拟

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CMS-RPC 探测器与 北大组物理分析进展

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  1. CMS-RPC探测器与北大组物理分析进展 班勇 (代表北京大学物理学院CMS实验组: 杨宗长,钱思进,周鹏,王思广,冒亚军,班勇) 2006年10月29日-桂林

  2. 概 要 CMS实验RPC探测器  CMS实验的RPC计划  北京大学CMS-RPC计划进展 北京大学CMS组物理分析进展 几个可能的研究课题 利用对高Pt重味夸克素的测量检验NRQCD ◇ 物理动机 ◇ J/Ψ和Υ的模拟 ◇ 夸克素极化的测量 ◇J/Ψ筛选于探测效率研究 总结  桂林，2006年10月29日 

  3. CMS-RPC计划 与北大组探测器建造进展  桂林，2006年10月29日 

  4. CMS-RPC 计划: CMS 探测器中的 RPC 系统 中国组任务: 1）探测器结构设计 2）结构部件生产（读出条、冷却系统，绝缘系统，屏蔽系统，蜂窝板支撑盒等等） 3）组装测试及安装调试 • 中国北京大学RPC组承担的任务： • CMS端部 RPC的 RE1/2 和 RE1/3 (共144个探测器) • CMS桶部 RPC的 RB1 (in,out) (共120个探测器)  桂林，2006年10月29日 

  5. RPC研制:国产材料制作的RPC的束流测试结果 • 国产材料 RPC 机械结构牢固，气密性好，高压性能好 • 效率、时间分辨和空间分辨令人满意 • 由于阻抗板高电阻率，在极强辐射下效率有限  桂林，2006年10月29日 

  6. 2002 年在 CERN GIF 的束流测试 成功进行束流测试后，我们的探测器在秋季 CMS-Week 期间在CERN 40楼展示 正在 GIF作束流测试 • 第一个“薄”型设计全尺寸探测器 • 第一个采用国产蜂窝板的探测器 • 测试结果：探测器具有良好的气密性、高压与效率性能  桂林，2006年10月29日 

  7. 2003 年在 CERN GIF 的束流测试 • 测试第一个韩国生产的淋油气体室 • 更多国产材料用于组装（冷却系统、绝缘膜、信号电缆等等） 在GIF的束流测试 • 测试结果： • 探测器在强辐射下运行正常，噪声低，效率令人满意  桂林，2006年10月29日 

  8. 端部 RPC 组装测试  2004年7月开始正式进行探测器的批量组装测试，到05年11月全部探测器完成了组装  组装好的探测器进行了宇宙线测试和长期高压测试，>90%的探测器各项性能都符合标准 效率 cluster size 部分装配好的RE1/2探测器宇宙线测试结果 位于储存架上已装配好的探测器  桂林，2006年10月29日 

  9. 端部 RPC 安装调试  2005年开始正式安装，至今完成了108个探测器(占总数3/4),另36个2007年1月安装  对已安装的探测器进行了气体、高压、信号、冷却等各种管线的连接，并进行了试运行，各项性能都符合标准  2006年7-9月CMS探测器首次连机进行了磁场和宇宙线测试，数据分析进行中  桂林，2006年10月29日 

  10. 北京大学CMS组物理分析进展  桂林，2006年10月29日 

  11. 研究课题的考虑： =>除物理意义与重要性外,结合μ探测器建造与探测经验，选取与μ子有关的衰变道 几个可能的课题: 1利用大横动量重味夸克素的测量检验NRQCD:分析研究高Pt的J/Ψ和Υ产生事例。J/Ψ分析手段可进一步用于未来的B物理和重离子物理研究。 2 t夸克的极化与宇称破坏研究：LHC上t夸克对的不对称性（反映宇称破坏的大小）可精确测量， => 检验标准模型和寻找新物理. 方法：t->b + W+(->lν), W的极化方向与t极化方向紧密相连,而W的极化则可通过其衰变轻子角分布获得 3 带电轻子对伴随大横动量丢失的现象研究：寻找invisible Higgs (114GeV < Mh < 150GeV) => 新物理. 方法： pp -> Z（-> ll) + H (->DM) + anything，  桂林，2006年10月29日 

  12. 利用高Pt重味夸克素的测量检验NRQCD • 物理动机： • => 通常的重味夸克素产生机制: • * 部分子相互作用产生夸克对(c,c),夸克对结合成夸克素(J/Ψ, Ψ’...) • * 色和自旋在结合中守恒。夸克素是色单态，夸克对也应该是色单态 • -> Color Singlet Model (CSM) => 然而,CDF实验结果与CSM预言有1-2个量级的差别! Prompt charmonium production Bottomonium production black dot: CDF experiment dashed line: color-singlet solid line : NRQCD fit J/Y：PRL, 79 (1997) 572 ： PRL, 88(2001)161802  桂林，2006年10月29日 

  13. 物理动机(续1)： • => 重味夸克素的新机制(COM): • * 部分子相互作用产生夸克对(c,c),夸克可能是色八重态 • * 通过发射胶子并结合成夸克素(J/Ψ, Ψ’...),夸克对可以改变色和自旋 • -> Color Octet Mechanism (CSM) • => CDF结果的NRQCD解释: • * 用非相对论描述运动慢的重夸克,同时考虑CSM和COM • * 夸克素产生因子化为两步:1, 夸克对产生(c,c); 2, 结合成夸克素 • => 可以很好地描述CDF截面测量结果. Short Distance Coefficient: Creation of quark-antiquark pair. This step is independent of final product. Can computed pertubatively Long Distance Matrix Element (LDME): How likely the quark pair will bind to the quarkonia.  桂林，2006年10月29日 

  14. m+ m+ direction in J/Y rest frame q m- J/Y direction in lab frame 物理动机(续2)： => 问题:NRQCD仍不能正确描述重味夸克素的极化! PRL, 85 (2000) 2886 CDF RUN 1 results a=+1: transversely polarized a=-1: longitudinally polarized PRL, 87 (2001) 022002 kT facterization approach CDF RUN 2 results  桂林，2006年10月29日 

  15. 物理动机(续3)： • 目标: • 从测量大横动量J/Ψ产生着手,测量pp对撞中来自直接过程的重味夸克素产物(J/Ψ,)的截面及极化，分析NRQCD色单态模型与色八重态机制的贡献，研究重味夸克素产物的产生机制。 • 同时, QCD是寻找Higgs粒子和超对称粒子的主要本底;深刻理解QCD从而降低本底的不确定性,也将带动开展其它与J/Ψ有关的选题。 • CMS的优势: • => 高亮度、大统计量数据可大幅提高测量精度；这对Υ测量更为重要，它通常被认为更好地被NRQCD描述。 • => 高能量给出大产生截面，Pt也可达到更高能区。 • => μ径迹测量更精确,对采用 J/ψ  μ+μ-,   μ+μ–测衰变道量更为有利.  桂林，2006年10月29日 

  16. 重味夸克素的模拟： => 采用PYTHIA 6.3.24 in CMKIN_6_0_0,它同时包括了CSM和COM => 在LHC能量下模拟重味夸克素,采用从CDF拟合出的参数,CMS模拟用FAMOS程序 为确认方法正确和调试NRQCD参数,先重建CDF结果: J/Y  * CTEQ5L PDF * √s =1800GeV * |y|<0.4 for  * LDMEfromhep-ph/0106120 (J/Y) & PRD-63-094006 () |* |<0.6 for J/Y * 100k MC events  桂林，2006年10月29日 

  17. 重味夸克素的模拟(续1)：CMS探测的J/Ψ => 1M MC 事例 => NRQCD参数由CDF拟合给出 （hep-ph/0106120） => 用FAMOS作探测器模拟 => J/Y: PT > 8GeV/c, || < 2.4 => 归一化到 1fb-1 => ∽5000事例/(GeV/c) @ 50GeV/c  桂林，2006年10月29日 

  18. 重味夸克素的模拟(续2)：CMS探测的Υ => 1M MC事例 => NRQCD参数由CDF拟合给出 （hep-ph/0106120） => 用FAMOS作探测器模拟 =>  : || < 2.4 => 归一化到 1fb-1 => ∽500事例/(GeV/c) @ 50GeV/c  桂林，2006年10月29日 

  19. : fully trans。 polarization : fully longi。 polarization 极化参数的抽取： 从μ子角分布抽取极化参数: a = -1 a = +1 CMS efficiency  桂林，2006年10月29日 

  20. a=0 efficiency Signal Pt distribution Weighted efficiency …… 极化参数的抽取(续1)：循环拟合 Normalize to the MC templates Weighted efficiency 实线:输入的α值,误差点:拟合的α值  桂林，2006年10月29日 

  21. 极化参数的抽取(续2)：神经网络拟合 拟合误差分布 => 神经网络方法可以很好地拟合出输入值,结果不依赖于α或pt  桂林，2006年10月29日 

  22. J/Ψ筛选和探测效率： 单粒子模拟:首先对不同横动量和快度的各种组合,产生数千个单J/Ψ粒子事例,并对每一事例加进Minimal Biased本底;模拟在LHC运行初期、亮度较低时的环境。 事例产生:用CMKIN 4-3-1 (Pythia 6.2.27) - 定义J/Ψ只衰变到μ+μ - 在每个pt与η区间产生2000个单J/Ψ事例 - pt区间10, 30, 50, 70, 90 GeV/c - η区间0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 事例模拟: 用OSCAR 3-7-0. 事例重建: 用ORCA 8-7-3. efficiency vs. Pt efficiency vs. η Mass resolution vs. Pt mass resolution vs. η  桂林，2006年10月29日 

  23. J/Ψ筛选和探测效率(续1)： 模拟数据筛选:分别应用储存在CERN的小批量及在意大利的大批量（20万个） B0sJ/Ψ (μ+μ- ) φ(K+K-) 衰变模拟数据，用CERN的Linux机群或LHC网格计算工具对J/Ψ进行分析,研究重建效率、一级触发和高级触发效率等。 相对pt的J/Ψ重建效率 能区 (2.95 – 3.25) GeV/c2 内选出19971 双μ事例 Mean=3.1115 GeV, Sigma=33.659 MeV  桂林，2006年10月29日 

  24. 《CMS 物理技术设计报告（PTDR）（卷一）》的总结报告（muon部分）的第15页 J/Ψ筛选和探测效率(续2)： • 北大组第一篇CMS Analysis Note (No. 2006-097) 已纂写完成 • 《CMS 物理技术设计报告（PTDR）（卷一）》的总结报告（muon部分）引用了北大组的结果 • 后续：参与承担“CMS全规模数据处理和分析挑战”（CSA06）的部分工作，开发从CMS原始数据中筛选J/Ψ的软件（正在进展中）  桂林，2006年10月29日 

  25. 总 结 • 北大CMS-RPC组承担的部分RPC探测器建造与安装任务已接近完成，各项技术指标符合要求。 • 结合探测器硬件工作经验，我们从高横动量J/Ψ到双μ衰变事例展开物理分析工作；事例筛选和效率研究已取得进展，得到CMS合作组的认可。 • NRQCD预言不能解释CDF实验结果。高亮度、高能量、好的μ探测的CMS实验为解决该问题提供了有利条件。我们的模拟研究表明，可以从CMS数据中准确抽取夸克素的极化参数，从而检验NRQCD理论。 • 真实数据的筛选程序、本底和触发的研究等正在进行，争取在CMS正式取数后尽快得到物理结果. 谢 谢！  桂林，2006年10月29日 

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