Tout ce qu’il faut savoir pour l’exercice LHCb Masterclass (ou presque…) Marc Grabalosa, LPC LHCb.

Slides:



Advertisements
Présentations similaires
Histoire La nucléosynthèse stellaire : Le cycle proton-proton
Advertisements

Une demi-journée à la pointe de la recherche – 2nde2 Visite de lUniversité de Rouen au GPM (groupe physique des matériaux). La journée sest déroulée en.
Etude de la polarisation du J/ en collision proton-proton dans le détecteur PHENIX Stage de fin dannée - M2 Recherche : Physique Subatomique Université
LHC : la physique à l'aube d'une nouvelle révolution ?
La nature connaît-elle la différence
CERN MasterClass 03 Avril A la recherche des particules étranges avec ALICE G De Cataldo, INFN, Bari, It. Merci beaucoup à Y. Schutz et D. Hatzifotiadou.
A la recherche des particules étranges à ALICE
Le boson de Higgs: vraiment ? pourquoi ? comment? et maintenant ?
1 Recherche du boson de Higgs léger SUperSYmétrique dans le cadre de l'expérience CMS Alexandre Mollet.
Masterclasses 2013 N. Arnaud, N. Lorenzo-Martinez, N. Makovec E. Scifo.
Chapitre 8: La relativité restreinte
Le monde des particules. Plan 1. Plongée au cœur de la matière a) De quoi le monde est-il fait? Les particules b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Chapitre 8: La relativité restreinte
1 CDF sur Tevatron au Fermilab, USA LExpérience CDF et La Physique des Collisionneurs à Hadron Uni. Genève participe à 2 expériences sur les collisionneurs.
Le 2003 pour le group CDF M.Campanelli, A.Clark, M.Donega', M.D'Onofrio, Y.Liu, S.Vallecorsa, X.Wu, A.Zsenei + G.Dissertori, J.Ehlers, A.Lister, A.S.Nicollerat.
Si le Higgs existe, il sera produit dans les collisions de protons du LHC et il pourra être détecté par ATLAS en identifiant ses désintégrations en particules.
Journées de Rencontre Jeune Chercheurs
JJC -La Roche-en-Ardennes -1-5 décembre Mesures de précision en Physique des Particules Amina Zghiche 1 Mesures de précision en Physique des Particules.
JJC - DECEMBRE 2003 Faisabilité d’une mesure de l’angle a via le canal B->3p dans l’expérience LHCb Arnaud Robert LPC Clermont-Ferrand.
Etude des performances du calorimètre électromagnétique d’Atlas
Chapitre 2 Les ondes mécaniques
Laboratoire de Physique Corpusculaire
Yermia Frédéric Etretat Identification du charme et des ,  Avec le spectromètre à muons d’ALICE dans les collisions p-p à 14 TeV Deuxièmes.
Merci à S. Dagoret pour ses transparents des Masterclasses 2011
Masterclasses 2013 N. Arnaud, N. Lorenzo-Martinez, N. Makovec E. Scifo.
Détecter les particules : exemple d’ATLAS
transformations nucléaires
PHYSIQUE QUANTIQUE Ph .DUROUCHOUX.
Le LHC et LHCb MasterClass LHCB Justine Serrano.
The ATLAS Detector at the Large Hadron Collider at CERN
 Et maintenant ? Quelques éléments sur le boson Z Loïc VALERY Equipe ATLAS – LPC Master Classes – 21/03/2012.
Xavier Camard - Réunion PHENIX-France
Peut-on remonter le temps jusqu’au big bang ?. Peut-on remonter le temps jusqu’au big bang ? Particules et interactions (forces) fondamentales de la.
Particulologie Les assemblages de quarks l'interaction forte en action
1 Little Higgs - JJC 2003 Test du Modèle du Little Higgs dans ATLAS Matthieu LECHOWSKI Journées Jeunes Chercheurs 2003 Journées Jeunes Chercheurs 2003.
COMMENT ON OBSERVE LES PARTICULES ELEMENTAIRES
1 CHAPITRE 8 - Les HADRONS et les QUARKS 8.1 Introduction - Nous venons de voir que la diffusion eN inélastique peut être interprétée comme la diffusion.
La physique des particules.
CHAPITRE 4 - Les symétries et les Lois de conservation
Analyse de données Masterclasses 2015 IPNL Colin Bernet 1.
« Décroissance radioactive »
Masterclasses 2013 N. Arnaud, N. Lorenzo-Martinez, N. Makovec E. Scifo.
Détecter Quoi ? Pourquoi ? Ecole de Cargèse Mars 2005.
Les détecteurs des mésons B Y.Karyotakis Novembre-Décembre 98 Lausanne.
Création et détection des particules : LHC et CMS
Atlas au LHC Deuxième partie: l ’expérience ATLAS
Fête de la science 2013Introduction aux DétecteursJF MURAZ Des géants pour traquer l’infiniment petit ATLASCMS LHCb ALICE.
1 La sonde  -jet dans ALICE  Jets /  -jets : Comparaison RHIC - LHC. Observables.  Moyens : Détecteurs. Algorithmes.  Identification des particules.
« Décroissance radioactive »
Le programme scientifique du CERN Un voyage à travers les accélérateurs du CERN PH Department.
Le J/  comme sonde du Plasma de Quarks et de Gluons Rappel des résultats obtenus au SPS et présentation du détecteur ALICE Philippe Pillot Institut de.
Principaux types de détecteurs
La quête de l’antimatière
1 Travaux pratiques des MasterClasses : « Analyse des événements du détecteur DELPHI au LEP» Sylvie Dagoret-Campagne
Mesure des rapports de branchement du Z 0 C. Vander Velde IIHE (ULB-VUB) 2009.
Recherche des bosons W et Z dans les données du détecteur CMS
MasterClasses 2015 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3.
Un, Deux, Trois… HIGGS!!! Master Class 2011 Stéphanie Beauceron IPNL – Université Claude Bernard Lyon I.
Mesure du temps de vie du D 0 avec le détecteur LHCb LAL Victor Renaudin & Yasmine Amhis.
Préparation des études sur les premières données de l’expérience Atlas : reconstruction des leptons du boson Z° Anne Cournol Stage de Master 1, sciences.
Pr é sentation du stage effectu é au LPNHE du 28 Mai au 29 Juin 2007 Participation à l'étude du quark top dans l'expérience ATLAS située sur le collisionneur.
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) et l’expérience CMS Masterclasses IPN Lyon, 2016.
Morzine, 8 sept Vincent Poireau 1 La situation de la physique des saveurs aujourd’hui Vincent Poireau.
L’asymétrie matière-antimatière (à la recherche de l’antimatière perdue) Justine Serrano CPPM 21 septembre 2013.
Etude des algorithmes de reconstruction des jets dans le détecteur CMS Loïc Quertenmont V. Lemaître, G. Bruno, K. Piotrzkowski Université Catholique de.
L’exercice d’aujourd’hui Analyse de quelques collisions proton- proton réelles dans CMS – Identifier les particules, déterminer ce qui s’est passé au cours.
Efficacité de reconstruction des électrons de bas pt Fany Dudziak Réunion de physique ATLAS LAL le 13 décembre 2007.
Chapitre 8: La relativité restreinte
Collisions, Détection, Interprétation International MasterClasses /03/12 - CERN.
LAL Victor Renaudin & Yasmine Amhis
Transcription de la présentation:

Tout ce qu’il faut savoir pour l’exercice LHCb Masterclass (ou presque…) Marc Grabalosa, LPC LHCb

2 Introduction Intérêt de la mesure Le détecteur LHCb Les quantités intéressantes (observables) Les données Les exercices

3 On fait quoi cet aprem? Des particules sont stables et des autres meurent Selon les lois de la physique des particules élémentaires Le but de l’exercice est de mesurer le temps de vie d’une particule (Définition a venir)

4 Les Mésons D D 0 méson Charm quark Up antiquark

5 Particules Elémentaires (les vraies) Petit nombre de particules élémentaires

6 Leur “taille”

7 Les quarks forment quoi? Méson quark antiquark Baryon quark Deux types de combinaisons : quark-antiquark, ou trois (anti)quarks. Anti-particules ont charges opposées a celles des particules correspondants, mais interagissent la meme façon (ou presque…). La major partie des particules ont un antiparticule associée (mais parfois a particule est sa propre antiparticule…).

8 Comment elles s’unissent Quarks se mettent ensemble pour former un très grand nombre de particules !

9 Notre bible… Les frères ont leur bible...

10 Combien types de particules existent? Les frères ont leur bible...Nous le Particle Listing !

11 C’est quoi le temps de vie d’une particule? Demi-vie (médiane) et durée de vie moyenne (espérance = temps de vie) d'une population ayant une décroissance exponentielle.

12 Echelle lineaire Echelle logarithmique

13 ?? L’univers en seconds…

14 Une gamme très grande de temps de vie : vous allez mesurer un temps de vie très court... Des exemples de temps de vie

15 Comment mesurons-nous un temps de vie court? Par exemple considérons une particule qui vit seconds

16 Comment mesurons-nous un temps de vie court? Par exemple considérons une particule qui vit seconds En moyenne elle va parcourir combien de trajet si elle voyage a la vitesse de la lumière? c = 3*10 8 m/s Elle parcourra 3*10 -4 mètres, donc 0.3 mm

17 Comment mesurons-nous un temps de vie court? Par exemple considérons une particule qui vit seconds En moyenne elle va parcourir combien de trajet si elle voyage a la vitesse de la lumière? c = 3*10 8 m/s Elle parcourra 3*10 -4 mètres, donc 0.3 mm Ce n’est pas beaucoup. Heureusement le calcul est incorrect ! On a oublie la relativité restreinte, qui nous dit que la particules vit d’avantage a cause de la dilatation du temps t’ = t/√(1-v 2 /c 2 )

18 Comment mesurons-nous un temps de vie court? Par exemple considérons une particule qui vit seconds En moyenne elle va parcourir combien de trajet si elle voyage a la vitesse de la lumière? c = 3*10 8 m/s Elle parcourra 3*10 -4 mètres, donc 0.3 mm Ce n’est pas beaucoup. Heureusement le calcul est incorrect ! On a oublie la relativité restreinte, qui nous dit que la particules vit d’avantage a cause de la dilatation du temps t’ = t/√(1-v 2 /c 2 ) Normalement une particules au LHC avec un temps de vie de seconds parcourira1 cm... Qui est énorme pour nous et donc assez pour pouvoir la mesurer !

19 Notre méson D 0 méson Charm quark Up antiquark

20 Notre méson anti-D 0 méson Charm antiquark Up quark

21 Pourquoi on s’intéresse a l’antimatière ? 21

22 Autant matière et antimatière créés dans le big bang Pourquoi on s’intéresse a l’antimatière ?

23 Autant matière et antimatière créés dans le big bang Aujourd’hui: presque pas d’antimatière dans l’univers Pourquoi on s’intéresse a l’antimatière ?

24 Autant matière et antimatière créés dans le big bang Aujourd’hui: presque pas d’antimatière dans l’univers OU est-elle finie, l’antimatière? Pourquoi on s’intéresse a l’antimatière ?

25 Pourquoi le D0 est si spécial ? D 0 méson Charm quark Up antiquark

26 Il oscille ! anti-D 0 méson Charm antiquark Up quark Le D 0 est une particules neutre : elle peut osciller (se transformer) entre matière et antimatière avant de se désintégrer.

27 Il oscille ! Le D 0 est une particule : elle peut osciller entre matière et antimatière avant de se désintégrer ! Ces particules peuvent nous donner des indications sur les petites différences entre matière et antimatière ! D 0 méson Charm quark Up antiquark

28 Pourquoi le D 0 et pas une autre particule? Les mésons neutres peuvent osciller entre matière et antimatière pendant leur vie Un autre exemple est le méson B d : la mesure des oscillations du B d

29 Pourquoi le D 0 et pas une autre particule? Les mésons neutres peuvent osciller entre matière et antimatière pendant leur vie Un autre exemple est le méson B d : la mesure des oscillations du B d a été une indication de l’existence du quark top (et donne une estimation de sa masse)

30 Pourquoi le D 0 et pas une autre particule? Les oscillations sont intéressantes parce qu’elles sont sensibles a la présence de particules qui apparaissent virtuellement dans le diagramme a boite, qui peuvent être beaucoup plus lourdes des particules produite directement et que on peut ‘’voir’’

31 Pourquoi le D 0 et pas une autre particule? Les mésons neutres peuvent osciller entre matière et antimatière pendant leur vie Il existent plusieurs mésons de type “down” qui oscillent : (ds) K 0, (db) B d, (sb) B s Mais que un de type “up” : le méson (cu) D 0, parce que le quark top est trop lourd (et il se désintègre trop rapidement) pour former mésons ou baryons Donc le D 0 est un laboratoire unique pour étudier la symétrie matière-antimatière

32 Autres explications pour l’asymétrie matiere- antimatière matiere antimatiere B0d B0s Reconstruction du méson B0 -> K+ pi- Chaque particule a sa mass (invariant mass) B0d et Anti-B0d: MeV B0s et Anti-B0s: MeV On trouve plus événements de matière que d ’antimatière avec les mêmes conditions

33 Mass invariant Dans la relativité restreinte(special relativity - E=mc 2 ), utilisant conservation de l’énergie et de l’impulsion on trouve la masse invariante (invariant relativiste) Dans une version plus complète de formule Einstein: Dans la désintégration d’une particule, la masse invariante de ses filles s’utilise pour mesurer la masse de la particule initial. On va calculer la masse invariante de notre D0. Pour notre D0, si on cherche D0 -> K+ pi-, alors:

34 Large hadron CERN

35 Large hadron CERN

36 Large hadron CERN

37 Large hadron CERN

38 Large hadron CERN

39 LHCb et CMS comparés Faisceaux Transverse

40 Protons qui collisionnent... Proton up downup Proton up downup

41 Protons qui collisionnent...

42 Protons qui collisionnent...

43 Production du LHC 10% des interactions au LHC produisent un hadron charme : LHCb a déjà collectionné plus d’1 billion de désintégrations de particules charmées !

44 LHC Faisceaux Transverse p T = Impulsion (m*v) Transverse E T = Energie Transverse

45 LHCb VELO :Vertex-Locator Avec le VELO on peut trouver les vertex primaires et secondaires

46 Trajectographe: Impulsion Le trajectographe reconstruit la trajectoire des particules chargées Il est plongé dans un champ magnétique qui courbe les trajectoires Grandeurs mesurées : charge, impulsion

47 Permet distinguer entre K, pi, p L'effet Tcherenkov est un phénomène similaire à une onde de choc, produisant un flash de lumière lorsqu'une particule chargée se déplace dans un milieu avec une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans ce milieu (la vitesse de la lumière dans le vide étant toujours supérieure à celle de la particule) RICH: Effet Tcherenkov

48 LHC Transverse ➡ ELECTRONS ➡ PHOTONS p T = Impulsion (m*v) Transverse E T = Energie Transverse Faisceaux

49 LHC Transverse ➡ ELECTRONS ➡ PHOTONS ➡ HADRONS p T = Impulsion (m*v) Transverse E T = Energie Transverse Faisceaux

50 LHC Transverse ➡ ELECTRONS ➡ PHOTONS ➡ HADRONS ➡ MUONS p T = Impulsion (m*v) Transverse E T = Energie Transverse Faisceaux

51 σ eff t = s LHCb : performance σ eff t = s On peut mesurer temps de vie si courts jusqu’a quelque ~ seconds... PRIX !!!

Y a pas que du signal … On produit beaucoup de D0, mais a) on peut pas reconstruire toutes leurs désintégrations - pour la mesure que vous allez faire, vous reconstruirez que les D0 qui se désintègrent dans un pion et un kaon b) on a beaucoup d’autres particules qui sont produites et qui n’ont rien à voir avec le signal que vous voulez. - parfois votre signal est un bruit de fond pour d’autres chercheurs ;) c) les D0 sont moins lourds que d’autres particules qui sont produites aussi (par exemple le B) et donc ces B peuvent se désintégrer dans le D (et d’autre particules) - pas grave, mais le problème est que les B ont un temps de vie aussi ! Et même plus long que les D !!!

Y a pas que du signal …

54 Quelle est la sensitivité de ma mesure? Ce n’est pas une règle absolue, mais… Si tu n’as que des événements de signal, alors tu peux mesurer les propriétés liées à la production du signal et ces caractéristiques (ca inclue le temps de vie) avec une précision relative de (100/√N)% 100 Evénements -> 10.0% de précision Evénements -> 1.00% de précision Evénements -> 0.10% de précision Evénements -> 0.01% de précision

55 Quelle est la sensitivite de ma mesure? Ce n’est pas une règle absolue, mais… Si tu n’as que des événements de signal, alors tu peux mesurer les propriétés liées a la production du signal et ces caractéristiques (ca inclue le temps de vie) avec une précision relative de (100/√N)% 100 Evénements -> 10.0% de précision Evénements -> 1.00% de précision Evénements -> 0.10% de précision Evénements -> 0.01% de précision LHCb est ici !

56 Quelle est la sensitivite de ma mesure? Ce n’est pas une règle absolue, mais… Si tu n’as que des événements de signal, alors tu peux mesurer les propriétés liées a la production du signal et ces caractéristiques (ca inclue le temps de vie) avec une précision relative de (100/√N)% 100 Evénements -> 10.0% de précision Evénements -> 1.00% de précision Evénements -> 0.10% de précision Evénements -> 0.01% de précision Précision mondiale est 0.35% Donc on peut pas vous donner toutes les données LHCb est ici !

57 Le but de l’exercice a) Vous montrer les données qui viennent du LHC b) Vous apprendre comment sélectionner des particules dans ces données c) Vous apprendre a ajuster des fonctions aux données pour mesurer une propriété importante du signal d) Vous apprendre comment estimer les incertitudes systématiques d’une mesure

58 L’exercice

59 Le but de l’exercice a) Vous montrer les données qui viennent du LHC b) Vous apprendre comment sélectionner des particules dans ces données c) Vous apprendre a ajuster des fonctions aux données pour mesurer une propriété importante du signal d) Vous apprendre comment estimer les incertitudes systématiques d’une mesure

60 Données pour l’exercice Utilise désintégrations D 0 →Kπ : distribution de la mass.

61 Données pour l’exercice Utilise désintégrations D 0 →Kπ : distribution de la mass. Bruit de fond PRIX !!!

62 Display Du moment que LHCb est un détecteur en avant il est difficile de faire des exercices visuels en regardant tout le détecteur, donc on fait un zoom autour de la zone d’interaction ou vous pouvez (??) trouver les vertex déplacés (secondaires)

63 Le framework d’analyse

64 Un événement facile

65 An événement moins facile

66 Un histogramme (de masse)

67 Comment ajuster le temps de vie Une fois fini de regarder et sélectionner les bons événements, on vous donne un échantillon plus grand de données pour la mesure du temps de vie du méson D0.

68 Instructions en ligne

69 Ajustement de la masse La première tache est d’ajuster des fonctions à la distribution du signal et du bruit de fond

70 Histogrammer des observables Vous utiliserez les résultats de l‘ajustement pour histogrammer les distributions de plusieurs observables pour le signal et le bruit de fond.

71 Histogrammer et ajuster le temps de vie Enfin vous ajusterez et donc mesurerez le temps de vie !!! Est-ce que vos résultats sont en accord avec la moyenne mondiale??? ??? Petit aide : 2 heures/age de l’univers = tau(D0)/1 second.

The END Never stop searching !!!