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ATLAS 実験内部飛跡検出器の 飛跡再構成精度

ATLAS 実験内部飛跡検出器の 飛跡再構成精度. Tsukuba Univ. 筑波大学　塙　慶太 金信弘、黒川悠文、原和彦（筑波大） 池上陽一、海野義信、高力孝、寺田進（高エ研） 花垣和則（大阪大）、中野逸夫（岡山大）、高嶋隆一（京都教育大）、他アトラス SCT グループ. Outline. 1. 導入 LHC 加速器 ,ATLAS 検出器 , 内部飛跡検出器 2. モチベーション , 方法 calibration , Z->mumu 3.Result momentum resolution ,momentum scale,

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ATLAS 実験内部飛跡検出器の 飛跡再構成精度

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  1. ATLAS実験内部飛跡検出器の飛跡再構成精度 Tsukuba Univ. 筑波大学　塙　慶太 金信弘、黒川悠文、原和彦（筑波大） 池上陽一、海野義信、高力孝、寺田進（高エ研） 花垣和則（大阪大）、中野逸夫（岡山大）、高嶋隆一（京都教育大）、他アトラスSCTグループ

  2. Outline 1.導入 LHC加速器,ATLAS検出器,内部飛跡検出器 2.モチベーション ,方法 calibration , Z->mumu 3.Result momentum resolution ,momentum scale, effect of misalignment 4.Summary ,Plan

  3. LHC(Large Hadron Collider) 周長２７ｋｍ７ｘ７ＴｅＶ陽子・陽子衝突器(設計値) 瞬間ルミノシティー 1.0×1034cm-2s-1(設計値) 地下約100mに4箇所の観測点がある

  4. ATLAS検出器 LHCの汎用型検出器 最大の目標はHiggs粒子の発見 中心から、内部飛跡検出器、カロリメーター、ミュー粒子検出器で構成 ATLASーJSCTグループは、内部飛跡検出器のSCT（Semi Conductor Tracker） バレル部のシリコン検出器を建設し、運転調整に携わっている。

  5. 内部飛跡検出器(Inner Detector) 磁場(2T)中で荷電粒子の飛跡を測定し、運動量測定や生成座標の再構成を行う PT [GeV/c] = 0.3Bρ [Tm] (ρ:曲率半径、B:磁束密度) r-Φ方向断面図 ビーム軸方向断面図

  6. Motivation Determination of the Inner Detector trackingperformancein data(前段階:Simulation) Use first well measured Z mass • Pt scale（不均一磁場） • Pt resolution(物質) (intrinsic, alignment) *最も精度の出るmuonを使う Today ! Eta毎のPt Scale,Pt Resolutionを測定する、 測定法を確立する！

  7. 方法 • Z->mumusampleを使いInner Detector でreconstruction した際のtrack 情報よりZの質量を組む。 （MuonIDにはMuonSpectrometerの情報を使った） • 右がZのinvariant massを 組む際のevent selctoion • このinvariant mass分布をfitし、True情報とくらべることで、methodの確立とPt scaleやPt resolutionを測定した。 ○Event Selection ・Pt>15GeVand |eta|<2.5 ・dR(ID-True)<0.002 ・nRadiation =0(μ->μγcut) ・opposite charge 約40% 5fb-1:～3k event (0.0<|eta|<0.4) (geometry+efficiency) Z ・測定は右図のように一つのMuonが|eta|<0.4 に入ってくるeventを拾いもう一方のMuonが入 ってくるetaの範囲を区別することで,eta毎のscaｌeやresolutionを評価した。 Fix!(0<|eta|<0.4) Y

  8. 比較,測定項目 ① 2muonのinvariant mass を組みfit(fit region:91.1876±20GeV) Inner detector のmuon情報を使いmass(MzRec)を組み、MzRec分布をbreit-wigner とgaussian のconvolution でfitする。 ② MzRec-MzTrueの差をgaussian fit event by event でMzRecと検出器を通す前Mzの値(MzTrue) の差の分布をgaussianでfit (scale check!) ③ Eta 毎に2muonのresolution の二乗和平均×Zmass(input) selectionを通ったeventのΔ(1/Pt)*Ptの分布をgaussianでfit し、その際のsigmaを検出器のPtのresolutionとして二つのPt resolutionの二乗和平均にZmassを掛けることで、Zmassのresolutionとした。 (resolution check!)

  9. scale and resolutionusing convolution fit Fit function: Breit-wigner* + Drell-Yan with gaussian smearing Mz Scale：convolution fitのMzからinput(91.1876)を引いた値 Mz Resolution:gasussianのsmearing分が検出器のresolution *mass depedent Γz function 2.4952固定！

  10. Scale and resolution using gaussian fit ΔMz(MzRec-MzTruth) ・ (|Ztrue-Input(91.1876)|<20GeV) ・gaussian fit ±2σ Mz Scale：gaussian mean Mz Resolution:gasussiansigma さまざまなetaの範囲でgaussian fitとconvolution fitのσ,Scaleを比べることでMethodの確認(next page)

  11. Momentum resolutionによるZ崩壊幅の寄与 Breit wignerとgaussian のconvolution fitはPt Resolutionをよく再現する。 Real dataでの運動量分解能測定可能！ ※ΔMz(Rec-True)=2σ以内のevent ->今後:fit qualityの要求やhit情報の要求

  12. Momentum scale(5fb-1) Scaleに関してもconvolution fitは よく再現できている。 eta~0 でPtのscaleは１σの確率で40MeV以内で決まる

  13. 粒子生成率あたりのscale決定精度 Pt scale 決定精度[MeV] 統計量が増えることでScale決定精度があがることが確認できた。 100pb-1でも1σの確率で160MeV以内にきまる。

  14. Effect of Miss Alignment(50pb-1) ΔMz(Rec-True) for Miss Alignment MzRec for Miss Alignment 50pb-1では、45GeV Muonの分解能に対して無視できるMass Shift Perfect alignmentの精度を出すにはさらなる統計必要

  15. Summary • Z→mumuからIDの運動量測定（スケール、分解能）を見積もる方法を研究した。 • Invariant mass分布のfitにより、Pt scaleとresolutionを評価できる。 • Pt scaleは5 fb-1で40MeV以内に決まる。 • Miss alignment(50pb-1)によるmass shiftの効果は見られない。精度を出すためにはさらなる統計が必要

  16. Plan • Track qualityが高いものを選ぶ • EM cluster情報からγの出る事象を取り除く • Miss alignment（ID） sample • J/ψ->mumu sample:low pt region • Combined state (IDSAとMuonSAの関係)

  17. Back up

  18. Inner Detector tracking performance 内部飛跡検出器の物質量 Single muon Pt Resolution [%](45 GeV) 赤:計算値*1 青:Z->mumu sample 90度方向で約0.4X0 Eta MuonSpectrometerをMuon の同定に使っているのでEta～0.0,Eta～1.3は検出効率落ちる。 *ATL-COM-INDET-2008-004 Eta

  19. Inner Detector tracking performance 各検出器での運動量分解能の寄与 Wrong charge fraction ID dominates MS only for identification Cross-over region MS dominantes

  20. Zγevent Radiation Effect of Radiation PDGより BR(Z->μμγ)<5.6×10^-4 BR(Z->μμ)～3.37% 5Meventの約90K以下 Cut:約30K それぞれ区別の使いない別過程ある。 Plan dR cut,energy cutの最適化 (mu->muγ,Zγevent) PhysRevD47,4889

  21. Combined status Early Study(My Analysis) Combined MuonやMuonSAに　　よってReconstructされたZがmassを小さく見積もる。 Tailを削ったZmassRecはtrueを良く再現する Randau tail Plan 現在のアルゴリズムの改良 ・energy parameterizatoinにカロリメーターのdepositを入れてみる Cosmic dataも解析中！(with kurokawa) 　・ATLAS唯一のreal data 　・ ・ratio ・check (ID detail) ・momentum , efficiency Eta dependence

  22. 比較項目 • Sigma:2muonのinvariant mass を組みfit(±20GeV) • Sigma:MzRec-MzTrueのresidualをgaussian fit • Eta 毎に２muonのresolution の二乗和平均×Zmass(91.1876) Single Muon momentum Resolution(%) in Zmumu sample 一つの0<|eta|<0.4を通ったMuonとして固定(~2%) Several Eta region Z Fix!(0<|eta|<0.2) Y

  23. Z mass fit with several eta region

  24. parameters

  25. Single Muon

  26. momentum

  27. Fit function

  28. 内部飛跡検出器 磁場(2T)中で荷電粒子の飛跡を測定し、運動量測定 や生成座標の再構成を行う PT [GeV/c] = 0.3Bρ [Tm] (ρ:曲率半径、B:磁束密度) ビーム軸方向断面図 r-Φ方向断面図 1m

  29. resolution contribution to Z mass shift (GeV/c2)

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