CMS-RPC探测器与北大组物理分析进展.ppt

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1、CMS-RPCCMS-RPC探测器与探测器与北大组物理分析进展北大组物理分析进展班勇班勇 (代表北京大学物理学院代表北京大学物理学院CMSCMS实验组实验组:杨宗长杨宗长,钱思进钱思进,周鹏周鹏,王思广王思广,冒亚军冒亚军,班勇班勇)20062006年年1010月月2929日日-桂林桂林 北京大学北京大学CMSCMS组物理分析进展组物理分析进展 几个可能的研究课题几个可能的研究课题 利用对高利用对高PtPt重味夸克素的测量检验重味夸克素的测量检验NRQCDNRQCD 物理动机物理动机 J/J/和和的模拟的模拟 夸克素极化的测量夸克素极化的测量 J/J/筛选于筛选于探测效率研究探测效率研究概概

2、要要CMSCMS实验实验RPCRPC探测器探测器 CMSCMS实验的实验的RPCRPC计划计划 北京大学北京大学CMS-RPCCMS-RPC计划进展计划进展总结总结 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 CMS-RPC计划 与北大组探测器建造进展 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 CMS-RPCCMS-RPC 计划计划:CMS:CMS 探测器中的探测

3、器中的 RPC RPC 系统系统中国北京大学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)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 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 RPCRPC研制研制:国产材料制作的国产材料制作的RPCRPC的束流测试结果的束流测试结果 国产材料 RPC 机械结

4、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 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 2002 2002 年年在在 CERN GIF CERN GIF 的束流测试的束流测试 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 CMS-RPC 探测器与

5、北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 2003 2003 年在年在 CERN GIF CERN GIF 的束流测试的束流测试 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 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 2004年7月开始正式进行探测器的批量组装测试，到0

6、5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位于储存架上已装配好的探测器效率 cluster size 部分装配好的RE1/2探测器宇宙线测试结果端部端部 RPC RPC 组装测试组装测试 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 端部端部 RPC RPC 安装调试安装调试 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

7、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 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 北京大学CMS组物理分析进展 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 研究课题的考虑：研究课题的考虑：研究课题的考虑：研究课题的考虑：=除物理意义与重要性外除物理意义与重要性外,结合结合探测

8、器建造与探测经验，选取与探测器建造与探测经验，选取与子有子有关的衰变道关的衰变道几个可能的课题几个可能的课题几个可能的课题几个可能的课题:1 1 利用大横动量重味夸克素的测量检验利用大横动量重味夸克素的测量检验NRQCD:NRQCD:分析研究高分析研究高PtPt的的J/J/和和产生事例。产生事例。J/J/分析手段可进一步用于未来的分析手段可进一步用于未来的B B物理和重离子物理研究。物理和重离子物理研究。2 2 t t夸克的极化与宇称破坏研究：夸克的极化与宇称破坏研究：LHCLHC上上t t夸克对的不对称性（反映宇称夸克对的不对称性（反映宇称破坏的大小）可精确测量，破坏的大小）可精确测量，=检

9、验标准模型和寻找新物理检验标准模型和寻找新物理.方法：方法：t-b+Wt-b+W+(-(-l l),),W W的极化方向与的极化方向与t t极化方向紧密相连极化方向紧密相连,而而W W的的极化则可通过其衰变轻子角分布获得极化则可通过其衰变轻子角分布获得 3 3 带电轻子对伴随大横动量丢失的现象研究：带电轻子对伴随大横动量丢失的现象研究：寻找寻找invisible Higgs invisible Higgs(114GeV (114GeV MhMh 新物理新物理.方法：方法：pp-Zpp-Z（-llll)+H(-DM)+anything)+H(-DM)+anything，CMS-RPC 探测器与北

10、大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日=然而然而然而然而,CDF,CDF,CDF,CDF实验结果与实验结果与实验结果与实验结果与CSMCSMCSMCSM预言有预言有预言有预言有1-21-21-21-2个量级的差别个量级的差别个量级的差别个量级的差别!Prompt Prompt charmoniumcharmonium production production BottomoniumBottomonium production productionblack dot:CDF experimentdas

11、hed line:color-singlet solid line:NRQCD fitJ/Y Y：PRL,79(1997)572 ：PRL,88(2001)161802物理动机：物理动机：=通常的通常的重味夸克素产生机制重味夸克素产生机制:*部分子相互作用产生夸克对部分子相互作用产生夸克对(c,cc,c),),夸克对结合成夸克素夸克对结合成夸克素(J/(J/,.).)*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)-Color Singlet Model(CSM)利用高利用

12、高利用高利用高PtPtPtPt重味夸克素的测量检验重味夸克素的测量检验重味夸克素的测量检验重味夸克素的测量检验NRQCDNRQCDNRQCDNRQCD CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 Long Distance Matrix Element(LDME):How likely the quark pair will bind to the quarkonia.Short Distance Coefficient:Creation of quark-antiquark p

13、air.This step is independent of final product.Can computed pertubatively物理动机物理动机物理动机物理动机(续续续续1)1)1)1)：=重味夸克素重味夸克素的的新机制新机制(COM):(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/,.),夸克对可以改变色和自旋 -Color Octet Mechanism(CSM)Color Octet Mechanism(CSM)=CDFCDFCDFCDF结果的结果的结果的结果的NRQCDNRQCDNRQCDNRQCD解释解释解释解

14、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 =可以很好地描述可以很好地描述CDFCDF截面测量结果截面测量结果.CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 a a=+1:transversely polarized a a=-1:longitudinally polarizedPRL,85(2000)2886CDF RUN 1 resultsq qm+m-J/Y direction in lab

15、 framem+direction in J/Y rest framePRL,87(2001)022002 kT facterization approach物理动机物理动机物理动机物理动机(续续续续2)2)2)2)：=问题问题:NRQCD:NRQCD仍不能正确描述仍不能正确描述重味夸克重味夸克素素的的极化极化!CDF RUN 2 results CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 物理动机物理动机物理动机物理动机(续续续续3)3)3)3)：目标目标目标目标:从测量大横动

16、量从测量大横动量J/J/产生着手产生着手,测量测量pppp对撞中来自直接过程的重味对撞中来自直接过程的重味夸克素产物夸克素产物(J/(J/,)的截面及极化，分析的截面及极化，分析NRQCDNRQCD色单态模型与色八重态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。机制的贡献，研究重味夸克素产物的产生机制。同时同时,QCD,QCD是寻找是寻找HiggsHiggs粒子和超对称粒子的主要本底粒子和超对称粒子的主要本底;深刻理解深刻理解QCDQCD从而降低本底的不确定性从而降低本底的不确定性,也将带动开展其它与也将带动开展其它与J/J/有关的选题。有关的选题。CMSCMS的优势的优势的

17、优势的优势:=高高亮亮度度、大大统统计计量量数数据据可可大大幅幅提提高高测测量量精精度度；这这对对测测量量更更为为重重要要，它通常被认为更好地被它通常被认为更好地被NRQCDNRQCD描述。描述。=高能量给出大产生截面，高能量给出大产生截面，PtPt也可达到更高能区。也可达到更高能区。=径径迹迹测测量量更更精精确确,对对采采用用 J/J/+-,+测测衰衰变变道道量更为有利量更为有利.CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日*|y|0.|y|0.4 for 4 for *100*

18、100k MC eventsk MC eventsJ/J/YY|*|*|0.6 for J/|=采用采用PYTHIA 6.3.24 in CMKIN_6_0_0,PYTHIA 6.3.24 in CMKIN_6_0_0,它同时包括了它同时包括了CSMCSM和和COMCOM =在在LHCLHC能量下模拟重味夸克素能量下模拟重味夸克素,采用从采用从CDFCDF拟合出的参数拟合出的参数,CMS,CMS模拟用模拟用FAMOSFAMOS程序程序 为确认方法正确和调试为确认方法正确和调试NRQCDNRQCD参数参数,先重建先重建CDFCDF结果结果:*s=1800GeV CMS-RPC 探测器与北大组物理

19、分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日=1=1M MC M MC 事例事例=NRQCDNRQCD参参数数由由CDFCDF拟拟合给出合给出（hep-ph/0106120hep-ph/0106120）=用用FAMOSFAMOS作探测作探测器模拟器模拟=归一化到归一化到 1fb1fb-1-1=J/=J/Y:Y:P PT T 8GeV/c,8GeV/c,|2.4|=50005000事例事例/(GeV/c)50GeV/c/(GeV/c)50GeV/c重味夸克素的模拟重味夸克素的模拟重味夸克素的模拟重味夸克素的模拟(续续

20、续续1)1)1)1)：CMSCMS探测的探测的J/J/CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日=1=1M MCM MC事例事例=:|:|2.4|=NRQCDNRQCD参参数数由由CDFCDF拟拟合给出合给出（hep-ph/0106120hep-ph/0106120）=用用FAMOSFAMOS作探测作探测器模拟器模拟=归一化到归一化到 1fb1fb-1-1 =500500事例事例/(GeV/c)50GeV/c/(GeV/c)50GeV/c CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进

21、展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 从从子角分布子角分布抽取极化参数抽取极化参数:fully transfully trans。polarization polarization:fully:fully longilongi。polarizationpolarization极化参数的抽取：极化参数的抽取：极化参数的抽取：极化参数的抽取：a a=-1 a a=+1CMS efficiencyCMS efficiency CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京

22、大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 实线:输入的值,误差点:拟合的值Normalize to the MC templatesWeighted efficiencySignal Pt distributiona=0 a=0 efficiencyWeighted efficiency极化参数的抽取极化参数的抽取极化参数的抽取极化参数的抽取(续续续续1)1)1)1)：循环拟合循环拟合 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 极化参数的抽取极化参数的抽

23、取极化参数的抽取极化参数的抽取(续续续续2)2)2)2)：神经网络拟合神经网络拟合=神经网络方法可以很好地拟合出输入值神经网络方法可以很好地拟合出输入值,结果不依赖于结果不依赖于 或或p pt t拟合误差分布拟合误差分布 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 efficiency vs.efficiency vs.Pt Pt efficiency vs.efficiency vs.J/J/J/J/筛选和探测效率筛选和探测效率筛选和探测效率筛选和探测效率：单粒子模拟单粒子模拟

24、单粒子模拟单粒子模拟:首先对不同横动量和快度的各种组合首先对不同横动量和快度的各种组合,产生数千个单产生数千个单J/J/粒子事例粒子事例,并对每一事例加进并对每一事例加进Minimal BiasedMinimal Biased本底本底;模拟在模拟在LHCLHC运行初期、亮度较低时的环境。运行初期、亮度较低时的环境。Mass resolution vs.Mass resolution vs.Pt Pt mass resolution vs.mass resolution vs.事例产生事例产生事例产生事例产生:用用CMKIN 4-CMKIN 4-CMKIN 4-CMKIN 4-3-1(3-1(3

25、-1(3-1(PythiaPythiaPythiaPythia 6.2.27)6.2.27)6.2.27)6.2.27)-定义定义定义定义J/J/只衰变到只衰变到只衰变到只衰变到+-在每个在每个在每个在每个p p p pt t t t与与与与区间区间区间区间产生产生产生产生2000200020002000个单个单个单个单J/J/事例事例 -p p p pt t t t区间区间10,30,10,30,10,30,10,30,50,70,90 50,70,90 50,70,90 50,70,90 GeV/cGeV/cGeV/cGeV/c-区间区间0,0.5,0,0.5,0,0.5,0,0.5,1.

26、0,1.5,2.0,1.0,1.5,2.0,1.0,1.5,2.0,1.0,1.5,2.0,2.5 2.5 2.5 2.5 事例模拟事例模拟事例模拟事例模拟:用用OSCAR 3-7-0.OSCAR 3-7-0.OSCAR 3-7-0.OSCAR 3-7-0.事例重建事例重建事例重建事例重建:用用ORCA 8-7-3.ORCA 8-7-3.ORCA 8-7-3.ORCA 8-7-3.CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 模拟数据筛选模拟数据筛选模拟数据筛选模拟数据筛选:分别应

27、用储存在分别应用储存在CERNCERN的小批量及在意大利的大批量（的小批量及在意大利的大批量（2020万个）万个）B B0 0s sJ/J/(+-)-)(K+K-)(K+K-)衰变模拟数据，用衰变模拟数据，用CERNCERN的的LinuxLinux机机群或群或LHCLHC网格计算工具对网格计算工具对J/J/进行分析进行分析,研究重建效率、一级触发和高级触研究重建效率、一级触发和高级触发效率等。发效率等。J/J/J/J/筛选和探测效率筛选和探测效率筛选和探测效率筛选和探测效率(续续续续1)1)1)1)：能区(2.95 3.25)GeV/c2 内选出19971 双事例 Mean=3.1115 Ge

28、V,Sigma=33.659 MeV相对pt的J/重建效率 CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 CMS CMS CMS CMS 物理技术设计报告（物理技术设计报告（物理技术设计报告（物理技术设计报告（PTDRPTDRPTDRPTDR）（）（）（）（卷一）卷一）卷一）卷一）的总结报告（的总结报告（的总结报告（的总结报告（muonmuonmuonmuon部分）的第部分）的第部分）的第部分）的第15151515页页页页J/J/J/J/筛选和探测效率筛选和探测效率筛选和探测效率筛

29、选和探测效率(续续续续2)2)2)2)：北大组第一篇北大组第一篇CMS Analysis Note(No.2006-097)CMS Analysis Note(No.2006-097)已纂写完成已纂写完成CMS CMS 物理技术设计报告（物理技术设计报告（PTDRPTDR）（卷一）（卷一）的总结报告（的总结报告（muonmuon部分）部分）引用了北大组的结果引用了北大组的结果 后续：后续：后续：后续：参与承担参与承担“CMSCMS全规模数据处理和分析挑战全规模数据处理和分析挑战”（CSA06CSA06）的部分）的部分工作，开发从工作，开发从CMSCMS原始数据中筛选原始数据中筛选J/J/的软件

30、（正在进展中）的软件（正在进展中）CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日 总总 结结北大北大CMS-RPCCMS-RPC组承担的部分组承担的部分RPCRPC探测器建造与安装任务已接近完成，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。各项技术指标符合要求。结合探测器硬件工作经验，我们从高横动量结合探测器硬件工作经验，我们从高横动量J/J/到双到双衰变事例展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，得到开物理分析工作；事例筛选和效率研究已取得进展，得到CM

31、SCMS合作组合作组的认可。的认可。NRQCDNRQCD预言不能解释预言不能解释CDFCDF实验结果。高亮度、高能量、好的实验结果。高亮度、高能量、好的探测的探测的CMSCMS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，可以从从CMSCMS数据中准确抽取夸克素的极化参数，从而检验数据中准确抽取夸克素的极化参数，从而检验NRQCDNRQCD理论。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CMSCMS正正式取数后尽快得到物理结果式取数后尽快得到物理结果.谢 谢！CMS-RPC 探测器与北大组物理分析进展探测器与北大组物理分析进展;班勇，北京大学班勇，北京大学 桂林，桂林，20062006年年10 10月月2929日日