Detector D ∅ - Natanael Nunes de Moura Junior

3.2 Tevatron

3.2.2 Detector D ∅

O detector D_{∅ [51] está localizado em um dos pontos de colisão de feixes acelerados} pelo Tevatron e sua estrutura pode ser vista na figura 3.3. O D_{∅ foi projetado para} a observa¸cão de subprodutos criados pela colisão de prótons e anti-prótons, além do estudo de todos os processos f´ısicos das intera¸cões próton-antipróton a 2 TeV de energia de centro de massa e da procura por part´ıculas previstas por modelos ”além do Modelo Padrão“. Vale salientar que o quark top foi detectado pela primeira vez nos experimentos CDF e D∅. No D∅ foi descoberto o bárion Ξb, um bárion que contém os quarks b e s. Esse detector é constituido pelos seguintes sub-sistemas:

• Sistema de Tra¸cos; • Sistema Magn´etico; • Sistema de Calorimetria; • Sistema de M´uons.

Calorimeter Shielding Toroid Muon Chambers Muon Scintillators η = 0 _{η = 1} η = 2 [m] η = 3 –10 –5 0 5 10 –5 0 5

Figura 3.3: Esquema do detector D∅

Sistema de Tra¸cos

Tal como no detector CDF, o ponto onde os feixes colidem está rodeado por um sistema de detectores de tra¸cos, que tem por objetivo ler o rastro deixado pelas part´ıculas carregadas produzidas em cada evento. Para isso, como no detector CDF, as medi¸cões mais próximas da colisão são realizadas no SMT (Silicon Microstrip Tracker) [52].

Fora do detector de sil´ıcio, o detector D∅ possui um segundo n´ıvel de tracking formado por fibras cintilantes, que produzem fótons quando uma part´ıcula atravessa seu interior. Este n´ıvel de deteçcão é chamado de CFT (Central Fiber Tracker [53]). Todo sistema de tra¸cos é imerso num campo magnético para que part´ıculas carregadas possam ser curvadas e, a partir das curvaturas, medirem-se os seus momentos.

Sistema Magn´etico

O detector D_{∅ possui um solenóide que envolve tanto o Silicon Microstrip Tracker} quanto o Central Fiber Tracker. Este solenóide produz um campo magnético de 2 T[54] que é responsável por curvar part´ıculas carregadas em seu interior.

Sistema de Calorimetria

Depois do Sistema Magnético, na linha de propaga¸cão dos subprodutos da colisão, temos o sistema de calorimetria do D_{∅, composto por dois calor´ımetros que possuem} diferentes materiais ativos3 _{imersos em Argônio l´ıquido. Na parte eletromagnética,}

O material ativo, em um calor´ımetro de amostragem, é o material (geralmente de alto número atômico) responsável pela amostragem (leitura) do sinal proveniente do chuveiro.

temos Urânio como material passivo, sendo que na parte hadrônica esse material é o a¸co inoxidável [55].

Sistema de M´uons

A camada mais externa do detector [56] funciona de maneira similar ao sistema de m´uons do CDF.

Corre¸c˜oes Aplicadas a jatos b no D_∅

O procedimento de corre¸cão da escala de energia de jatos no detector D∅ [57] envolve uma série de subcorre¸cões que são aplicadas de forma seqüencial, tal como no detector CDF. Estas corre¸cões são estimadas através de simula¸cões do detector (Monte Carlo) [58].

N´ıvel 1: Corre¸c˜ao de Offset - Offset Correction

O “offset de energia”, neste caso, é definido como a energia depositada no interior do cone do jato reconstru´ıdo que não está relacionada com a intera¸cão primária formadora do jato, ou seja, a energia adicional que foi reconstru´ıda como energia do jato, mas, na realidade não faz parte da energia de jato. Ru´ıdo eletrônico e o chamado ru´ıdo de Urânio 4_{, ru´ıdo proveniente do sistema de leitura do calor´ımetro,}

e a energia de colisões anteriores (pile-up) contribuem para o offset de energia. A corre¸cão é extra´ıda de eventos simulados de “minimum-bias” (eventos definidos com exigência da ocorrência da flag de nenhum vértice, ou seja, nenhuma intera¸cão dentro do detector), assim, podemos avaliar a componente de ru´ıdo eletrônico e ru´ıdo de Urânio. Um fator dependente da luminosidade e do raio do cone de reconstru¸cão é calculado através de simula¸cão de eventos com diversas luminosidades, tentando descrever um cenário com múltiplas intera¸cões (MI), como pode ser visto na figura 3.4 com o raio de reconstru¸cão de cone de 0,5 e na figura 3.5 com o raio de reconstru¸cão de cone de 0,7, ambas as figuras mostram o offset de energia para diferentes valores de η. O raio de reconstru¸cão é dado por ∆R =q(∆η)2_{+ (∆φ)}2_.

N´ıvel 2: Corre¸c˜ao de Resposta Absoluta - Absolute Response Correction

A corre¸cão da resposta absoluta é medida através da simula¸cão de eventos de fótons. Assim, podemos propagar o sinal de uma única part´ıcula e medir a diferen¸ca entre a resposta do detector e a resposta esperada (Monte Carlo) e, assim, obtermos a corre¸cão indicada para cada energia.

O ru´ıdo de Urânio é o ru´ıdo proveniente do deca´ımento radiativo natural do Urânio usado como material passivo [59]

jet

-3 -2 -1 0 1 2 3

Offset Energy [GeV]

0 5 10 15 20 25 30 NP NP+1MI NP+2MI NP+3MI NP+4MI DØ Run II RCONE=0.5

Figura 3.4: Detector D_{∅: Corre¸c˜ao do offset de energia com diversas luminosidades} e raio de reconstru¸c˜ao de cone de 0,5.

jet

-3 -2 -1 0 1 2 3

Offset Energy [GeV]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 NP NP+1MI NP+2MI NP+3MI NP+4MI DØ Run II RCONE=0.7

Figura 3.5: Detector D_{∅: Corre¸c˜ao do offset de energia com diversas luminosidades} e raio de reconstru¸c˜ao de cone de 0,7.

N´ıvel 3: Corre¸c˜ao de Resposta Relativa - Relative Response Correction

Enquanto o calor´ımetro do detector D_{∅ é relativamente uniforme em sua parte} central (CC) e em sua parte final (CE), a lacuna entre as câmaras de resfriamento (0.5 <_{|η| < 1.8) não possui instrumenta¸cão, ou seja, gera uma não linearidade na} resposta em fun¸cão de η. Com a simula¸cão de jatos com diferentes energias para diferentes valores de η, podemos alcan¸car a corre¸cão da resposta relativa (também chamada de “intercalibra¸cão em η”), que visa calibrar a resposta para jatos, unifor- mizando a resposta do calorimetro para todos os valores de η.

N´ıvel 4: Corre¸c˜ao na Reconstru¸c˜ao do Chuveiro - Showering Correction

O principal objetivo da corre¸cão de reconstru¸cão de chuveiro é corrigir a reconstru¸cão errônea de energia do cone do jato. Part´ıculas pertencentes ao cone podem vir a ser classificadas (clusterizadas) como part´ıculas não-pertencentes ao jato, com isso, suas energias não serão adicionadas à reconstru¸cão do jato. Este fenômeno é chamado de vazamento para fora do cone. Por outro lado, part´ıculas que deve-

riam ser classificadas como não-pertencentes ao jato podem ser classificadas como part´ıculas pertencentes a ele, e as energias de tais part´ıculas serão reconstru´ıdas como energia do jato. Para eliminar os efeitos desse erro de classifica¸cão e adi¸cão de part´ıculas, foi criada a corre¸cão de reconstru¸cão do chuveiro.

Esta corre¸cão é calculada através de simula¸cão de Monte Carlo, utilizando eventos de fótons e com um ´unico vértice principal e diferentes valores de η, para reduzir o impacto de intera¸cões múltiplas . A corre¸cão é calculada para cada célula de acordo com o perfil levantado através das simula¸cões.

N´ıvel 5: Corre¸c˜ao de Tendˆencia Adicional - Additional Biases Correction

Esta corre¸cão visa aumentar a energia em células de leitura espec´ıficas, para que estas consigam superar o limiar de supressão por zero. Esta supressão visa zerar a leitura de células que não atinjam um limiar m´ınimo de energia. Esta corre¸cão se faz importante, pois, diferente de fótons e elétrons, o chuveiro de um jato é muito complexo, de modo que, em alguns casos, informa¸cões de energia contidas em células de menor energia se fazem necessárias.

N´ıvel 6: Corre¸c˜ao de Total de Incertezas - Total Uncertainties Correc-

tion

Assim como no CDF, este n´ıvel de corre¸cão busca reduzir as incertezas totais do sistema, estas incertezas são provenientes diretamente das simula¸cões de Monte Carlo, que é a principal referência para o cálculo das corre¸cões.

Cap´ıtulo 4

Metodologia de An´alise

Neste cap´ıtulo a metodologia de análise será descrita bem como as técnicas utilizadas na disserta¸cão. A metodologia de análise pode ser vista na figura 4.1. Os dados utilizados serão descritos na se¸cão 4.1 enquanto a se¸cão 4.2 descreve os modelos de corretores baseados em redes neurais artificiais. Os modelos de ajuste para a massa invariante, bem como o seu cálculo, serão descritos na se¸cão 4.3 e a aplica¸cão da corre¸cão será descrita na subse¸cão 4.3.1. Na se¸cão 4.4 serão mostradas as avalia¸cões estat´ısticas de modelos ajustados.

Dados de Entrada Rede Neural Aplicação da Correção Cálculo da Massa Invariante

Figura 4.1: Metodologia de An´alise utilizada neste trabalho

No documento Natanael Nunes de Moura Junior (páginas 49-54)