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J/ψ 粒子の質量測定

J/ψ 粒子の質量測定. 実験 Ⅲ 素粒子テーマ 7 回目. Z 粒子の質量測定　復習. いかに Z 粒子事象を残しながらバックグラウンドを落とすかを考えた。. Z 粒子以外のバックグラウンド. Z 粒子のピーク. CDF でよくやるスタンダード・カット. double fIso1 = Iso1 / P1; double fIso2 = Iso2 / P2; bool cut1 = (fabs(Zvert)<60.); bool cut2 = (Q1*Q2<0); bool cut3 = (Em1<2.);

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J/ψ 粒子の質量測定

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Presentation Transcript

  1. J/ψ粒子の質量測定 実験Ⅲ素粒子テーマ7回目

  2. Z粒子の質量測定　復習 • いかにZ粒子事象を残しながらバックグラウンドを落とすかを考えた。 Z粒子以外のバックグラウンド Z粒子のピーク

  3. CDFでよくやるスタンダード・カット double fIso1 = Iso1 / P1; double fIso2 = Iso2 / P2; bool cut1 = (fabs(Zvert)<60.); bool cut2 = (Q1*Q2<0); bool cut3 = (Em1<2.); bool cut4 = (Em2<2.); bool cut5 = (Had1<6.); bool cut6 = (Had2<6.); bool cut7 = ((fabs(Dxu1)<2)&&(fabs(Dxu2)<2)); bool cut8 = ((fabs(Dxp1)<5)&&(fabs(Dxp2)<5)); bool cut10 = (fIso1<0.05)&&(fIso2<0.05); bool cut11 = (Pt1>20.&&Pt2>20.);

  4. μ + c γ c μ - J/ψ粒子 • メソン（素粒子ではない） • cクォーク・反ｃクォークの束縛状態 • 主に電磁相互作用でレプトン対またはクォーク対に崩壊 • Br(J/ψ→μ+μ-)~6% • Γ＝1/τ~93 keV  cτ~2.1pm τ~0.7x10-20s J/ψ

  5. J/ψ粒子の質量測定 • 解析全般が、基本的には前回で出来ている。 • ただし、以下の点に注意、改変する。 • Ptのカット：Z粒子(m〜９０ GeV)と比べてJ/ψ粒子（m〜3 GeV)は軽い。 →　前回よりも低い運動量のミューオンを測定する必要がある。 • Isolationのカット： J/ψ粒子崩壊でできるミュー粒子はZ粒子の場合ほどIsolateしてない。 →　Isolationのカットを緩めるか、はずしてみる。 • Dxu、Dxpのカット：運動量の低い粒子に対しては多重散乱による軌道の変化が無視できない。カットを緩める必要有り。

  6. μ Isolationのカット • μ粒子が周りの粒子からどのくらい「孤立」しているか • η-φ平面内でΔR=√(Δη2+ Δφ2)＜０．４のコーンの中に入ってくるエネルギーの内μ粒子の分を除いたもの,η=-ln tan(θ/2) • Isolation が大きい場合 • ジェットの中に含まれるハドロンをμ粒子と間違えた • ジェットの中に含まれるハドロンが崩壊してμ粒子となった • J/ψ粒子崩壊でできるミュー粒子はZ粒子の場合ほどIsolateしていない。 • →　Isolationのカットを緩めるか、はずしてみる。

  7. 多重散乱 • 荷電粒子が物質中を通過する場合，クーロン力による多重散乱で軌道が曲がる z:charge number of the injected particle

  8. 多重散乱によるミュー粒子軌道の曲がり • CDFの物質は、主に鉛と鉄で、５mほどの厚さ。 運動量　30-40 GeV　→　数mm (Z粒子崩壊のミュー粒子) 運動量1 GeV　→　数cm(J/ψ粒子崩壊のミュー粒子)

  9. 粒子の同定，電荷・運動量の測定 CMP ミューオン検出器 CMU 最小電離作用のみ ハドロンカロリメータ 横方向消失エネルギー 電磁シャワー 電磁カロリメータ ソレノイド電磁石 粒子飛行時間測定器 ハドロンシャワー ドリフトチェンバー シリコン飛跡検出器 衝突点

  10. DXU, DXP 分布 μ粒子検出器 DXP CMP 鉄シールド DXU CMU 運動量小 運動量大 多重散乱による軌跡の曲がり: Δx∝1/p 運動量1 GeV　→　数cm(J/ψ粒子崩壊のミュー粒子) |Dxu|<2cm のカットはキツすぎるか？

  11. J/ψの質量測定ーヒント　 ヒストグラムのbin数 • myZmass.C中、 TH1F *h_ZmassF = new TH1F(“h_ZmassF”, “Z mass in GeV (w/CUT)”, 50, 40, 130); ヒストグラムの横軸下限 ヒストグラムの横軸上限 MJ/ψ～３ GeVのまわりを詳しく見れるように上下限を設定しなおす。 フィット範囲についても同様。

  12. 解析結果を得る • ガウス関数でフィットする • 測定結果の中心値 • ピークの位置 • 測定結果の誤差 • ガウス分布（標準偏差σ）する変数をNサンプル取ってきたとき，その中心値がもつ誤差：σ/√N • 世界平均の値 3.096916±0.000011GeVとのずれは,統計によるゆらぎの範囲内か？ • 統計によるゆらぎ(ガウス分布の場合) • 1σ以内 ~68% 2σ以内 ~95% 3σ以内 ~99.7%

  13. Dxu・Dxpのカットに関するヒント J/ψ解析の時には、教科書に載っているΔｘのカットはきつ過ぎる。 以下のコマンドを各自ROOTで実行し、分布を見ながらカットを決めるべき。 TFile f("/home/wmass/mumu2.root"); TTree *t = (TTree *) f.Get("ZMASS/h1"); t->Draw("Dxu1", "Dxu1!=0&&abs(Dxu1)<50");

  14. カットに関するヒント(2) カットをキツくしてみたときに、S/Bが大きくならない 　→　そのカットは効いていない。 　→　カットをはずすか緩めるべき。 信号の高さS バックグラウンドの高さB

  15. Ntupleデータを使った解析 • Ntupleデータの変更 • myZmass.h • TFile(“/home/wmass/mumu1.root”)のところ • mumu1.root （Z粒子データ）→ mumu2.root（J/ψデータ） • 事象選択．カット値の変更 • myZmass.C (CUT 条件) • μ粒子候補の横方向運動量PTのカット値 • DXU，DXPのカット値 • Isol (Isolation)のカット値 • 不変質量分布プロットの範囲変更 • ガウス関数フィットの範囲指定

  16. Fe/Cuデータの解析 • Fe/Cuデータの解析は、今回と次回の2回で各自時間配分を考えて行うこと. • Z(Fe)＝２６, Z(Cu)=29 • Zが大きいのでμ-の原子核捕獲の影響が大きくなる • μ-の見かけの寿命が短くなる. • ref. Zal=13 • ストッパー（アルミ，ステンレス, 銅）の厚さ,シンチレータのサイズなどは,実験条件として記録しておくこと.

  17. 今後の日程 • 1月9日（水）第8回：データ解析、グループ内議論 • 1月11日（金）第9回：発表会 • 発表会は、全員がそれぞれ５～１０分くらい話すように、やった内容を班ごとに分割すること。 • 1月25日（金）レポート締切 • 提出先：自然学系棟D208 (内線4270) • D208室内テーブル上の実験III用レポート提出BOX • 今回と来週は、μ粒子の寿命と、Z・J/ψ質量の解析をまとめる。 • 各自時間は自由に使ってよい。

  18. レポートに関する注意事項 • 手書き・ワープロどちらでもよい。 • 自分の言葉でやったことを纏めること。 • 以下は大幅減点の対象とする。 • テキストの丸写し • 友達・過去のレポートを丸写し

  19. 実験スケジュール 第1回(12/5/水)：素粒子物理概説，μ粒子寿命測定法， 同軸ケーブルとインピーダンス，NIMモジュールの機能． 第2回(12/7/金)：シンチレーション・カウンターの理解，ＨＶカーブの測定． 第3回(12/12/水)：タイミング・カーブの測定 第4回(12/14/金)：寿命測定回路のセットアップ，寿命データ収集開始(Al) 第5回(12/19/水)：[データ収集継続(Al)] UNIX入門，PAWを用いたμ粒子寿命測定 　データの解析法 第6回(12/21/金)：[データ収集継続(Fe)] Z粒子質量測定法概説，CDF検出器の概説， Event display，Z粒子の質量 第7回(12/26/水)：[データ収集継続(Fe)] 軽い粒子(J/ψ)の質量 第8回(1/9/水)：データ解析とグループ内でのまとめ 第9回(1/11/金)：発表・討論 レポート提出(1/25/金)：第9回の一週間後が締め切り

  20. J/ψ質量再構成のヒント • Z→μ+μ-の場合　MZに比べてMμは非常に小さいので次のように近似できる 各自、両方の正確な式・近似式両者を試して実感してほしい。 • Zのときは運動量が大きいμ粒子を見ていたが、J/ψ崩壊のμ粒子はそれほど運動量が高くないので、Z粒子のときと同じ近似が成り立たない。

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