Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Konrad Jende

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Ziele und Aufgaben Herkunft der Daten/Voraussetzungen Einführung in das Programm MINERVA Ereignisse und Wissenswertes Datenanalyse Analyse einer ATLAS Datenstichprobe

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Z/A Arbeit an originalen Daten (bzw. an original simulierten Daten ;) eines Teilchenbeschleunigerexperimentes; hier: ATLAS (CERN) Analyse einer Datenstichprobe Sie können Teilchen identifizieren und LHC-Ereignisse klassifizieren Sie kennen Signaturen von Ereignissen aus Proton-Proton-Kollisionen Sie gewinnen Einblick in die Struktur des Protons (Bestätigung der Quarkzusammensetzung) Aufgabe: 1. Bestätige die Quarkstruktur des Protons! Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Z/A

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Daten

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Daten LHC Computing Grid project (LCG) Initiative 2002 Zusammenarbeit mehrerer EU-Projekte Uber 150 Computer Center Hauptcenter (Tier-0-Centre am CERN) speichert alle Daten 12 große Center für das Datenmanagement: CERN (Tier-0) und 11 Tier-1s Uber 100 weitere Center zur Datenanalyse 40 Länder beteiligt GridKa Karlsruhe Tier-2s in Deutschland: RWTH Aachen GSI Darmstadt Freiburg DESY Hamburg MPI/LMU Munich Univ. Wuppertal

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Daten PC Java Run Time Environment Programm MINERVA; hier geht es zum Download eine zu ladende Datenstichprobe Geduld und Zeit eine Liste Vorverständnis

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – MINERVA

Atlantis Canvas Ansicht des Ereignisses (Proton-Proton-Kollision) in … Strahlrichtung (Querschnitt) Seitenansicht Einer Ansicht zur leichteren räumlichen Identifizierung der Kalorimetereinträge

Atlantis GUI Steuerfenster mit: Steuermenü Werkzeugleiste Steuerkarteikarten Infobildschirm Dateiladen unter Files Quellverzeichnisanzeige Pfeilsteuerung zum Vorwärts- und Rückwärtsspringen in der Ereignisfolge Lupenfunktion zum Vergrößern/Verkleinern Finger drauf! Funktion zum Anklicken von bspw. Spuren im Ereignisbild Fisheye – zum schnellen und geschickten Ansehen von Ereignisspuren Cuts – Festlegen von Schnitten zur Datenauswahl eines Ereignisses: wie beispielsweise dem Schnitt auf pt

Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Welche Teilchen/Objekte sollst Du identifizieren können (zur Vorbereitung der Messung)? Elektron/Positron Myon/Antimyon Neutrinos (über Missing ET) Jets

Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert?

Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe Wie werden die einzelnen Elementarteilchen oder Objekte identifiziert? Objekt Spurdetektor Elektromag-netisches Kalorimeter Hadronisches Kalorimeter Myonen-kammern Elektron Positron Myon Antimyon Neutrino Jet

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 1 Was sehen wir hier? In der Seitenansicht zeigt sich ein Lepton (hellblaue Spur im Spurdetektor, die auf einen hohen transversalen Impuls hinweist, und lediglich Eintraege im elektromagnetischen Kalorimeter Hohe Missing ET (verlorene Energie) – zu sehen im Kasten im Legoplot und damit ein Geisterteilchen (Neutrino) Also haben wir ein Elektron/Positron und ein Neutrino, die aus dem Zerfall eines W Bosons kommen Signale O la la … viele Spuren! Lasst uns nur die heraussuchen, die einen hohen transversalen Impuls mitbringen Dazu: Cuts-Karteikarte im Steuerkateikarten auswaehlen Unter Pt (Achtung: Haekchen muss davor sein) den Wert auf 10.0 GeV stellen Mit Enter bestaetigen Nun sollte dieses Bild erscheinen … Elektron oder Positron? Markiere die Spur des betreffenden Teilchens in der Seitenansicht Im Infofenster siehst Du Informationen zur nun grau gezeichneten Spur Das Vorzeichen des PT Wertes verraet Dir das Vorzeichen der elektrischen Ladung Hier ist es ein Plus und damit ein Positron Damit hast Du ein Ereignis gefunden

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 2 Signale

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 3 Signale

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 4 Signale

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 5 Untergrund ttbar Selbst der Schnitt auf PT=10GeV bringt nicht viel Schauen wir uns die Eigenschaften des Ereignisses an: Hohe Missing ET (86 GeV) – mind. Ein Neutrino Ein Elektron (Seitenansicht nach unten links) 2. 2 Jets (Seitenansicht: nach oben links und nach unten rechts) mit hohen senkrechten Impulsen Dies ist eine klare Signatur für die Erzeugung eines Top-Antitop-Paars. Das top-Quark ist das schwerste Quark (171 GeV/c2) und zerfällt nach ca. 10-25s stets in ein bottom-Quark und einen W-Boson. Das bottom-Quark bildet einen Jet aus, während das W-Boson entweder leptonisch zerfallen kann (wie unsere Eventbeispiele 1 – 4) oder hadronisch unter Erzeugung weiterer Jets – wie in diesem Ereignis. Beide b-Quarks zerfallen unabhängig!

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 6 Untergrund ttbar Schnitt auf PT=10 GeV Die Jets bei diesem ttbar-Ereignis verlaufen mehr in Vorwärtsrichtung! Dennoch haben wir hier hohe MissingET-Werte und ein Anti-Myon (Seitenansicht nach links oben) Beide Leptonen haben unterschiedliches Vorzeichen in der elektrischen Ladung!

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 7 Untergrund ttbar Schnitt auf PT=10 GeV Positron nach unten, Myon nach links unten (in Seitenansicht) Hohe MissingET

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 8 Untergrund Schnitt auf PT=10GeV 1 Elektron (Seitenansicht nach rechts) 1 Positron (Querschnitt und Seitenansicht) Keine Missing ET (Keine Neutrinos) In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen ist. Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 9 Untergrund Schnitt auf PT=15GeV 1 Myon (Seitenansicht nach oben) 1 Antimyon (Seitenansicht nach unten) Keine Missing ET (Keine Neutrinos) In diesem Ereignis wurde ein Z-Boson erzeugt, das in ein Myon-Antimyon-Paar zerfallen ist. Das Z-Boson bekam nach der Proton-Proton-Kollision einen Impuls nach rechts oben, bevor es zerfiel.

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 10 Untergrund Schnitt auf PT=10GeV 1 Elektron (Seitenansicht nach links) 1 Positron (Seitenansicht nach unten links) Missing ET (Neutrinos) Sieht aus wie ein Z, das in Elektron-Positron-Paar zerfällt. Allerdings gibt es Missing ET. Das Z Boson kann auch in ein Tau-Antitau-Paar zerfallen. Diese Leptonen zerfallen nach 10-12s in beispielsweise die anderen Leptonen (Elektron oder Myon) – nur diese Zerfälle werden hier betrachtet. Unser Tau-Paar zerfiel in ein Elektron-Positron-Paar.

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 11 Untergrund MET Schnitt auf PT=5GeV Kein Lepton mit hohem PT-Wert Missing ET (Neutrinos) In unserem Daten sind viele Ereignisse, die verlorene Energie enthalten, jedoch kein Lepton mit einem hohen PT-Wert. Diese bezeichnen wir als MET-Untergrund-Ereignisse

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Eventbeispiel 12 Untergrund JET Mehrere Jets zeigen sich in diesem Ereignis Viel Missing ET (114 GeV) ist auch dabei Definitiv kein W-Boson!

In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Analyse einer ATLAS Datenstichprobe In welchen Formen tritt ein Ereignis auf? Ereignisse Signale W → e + ν W → μ + ν Untergrund Z-Zerfall Z → e +e Z → τ + τ Z → μ + μ MET ttbar Jet 30

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Test 2 Welche Prozesse liefen in den Kollisionen der 10 folgenden Event Displays ab? Entscheide ob Signal oder Untergrund. Und im Falle eines Signals, ob ein positives oder negatives Lepton dabei war! Lade dazu die Ereignisse aus dem Ordner Test 2 in das Programm MINERVA (Verknüpfung befindet sich auf Deinem Desktop) und analysiere sie! Notiere die Ergebnisse und teile sie Deinem Betreuer mit! 31

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse Aufgabe: Bestätige die Quarkstruktur des Protons! Bestimme dazu das Verhaeltnis aus der Anzahl positiv geladener Leptonen und der Anzahl negativ geladener Leptonen, die aus Deinen Signalereignissen kommen! Interpretiere Dein Ergebnis! Warum ist der Wert so? Was würdest Du erwarten? Ablauf/Organisation: Ereignisse in Signal oder Untergrund klassfizieren Von den Signalereignissen feststellen, ob elektronisch oder myonisch und Bestimme bei jedem Signalereignis die elektrische Ladung des sichtbaren Leptons! Strichliste bei mir abgeben Auswertung nach einer kurzen Pause

Analyse einer ATLAS Datenstichprobe – Analyse VIEL SPASS!