Física Nuclear y de Partículas Elementales

Física Nuclear y de Partículas Elementales. Curso 2015/2016.
PL1: Estudio de procesos de colisión pp con el detector CMS de LHC.
Mediante colisiones pp (events) reales y simuladas registradas en el
detector CMS, se tratará de estudiar y distinguir la producción de
bosones W± y Z, observando identificando los subproductos fruto de su
desintegración. Para ello se utilizará el visor de sucesos iSPY (online).
http://cms.physicsmasterclasses.org/pages/cmswzsp.html
1. Dibujar los diagramas de Feynman p + p → W+→ l+ + l y p + p → Z →
l- + l+, pudiendo ser l = e, Para ello, tener en consideración la
composición de quarks del protón, tanto de valencia como “sea quarks”.
2. Recordar los conceptos de detección e identificación de partículas en
CMS vistos en clase, y que se resumen en la figura animada/interactiva
de una rodaja (plano X-Y) del detector, en particular para e± y ±:
3. Ir a la página: http://www.i2u2.org/elab/cms/event-display/ Seleccionar
la vista en el plano X-Y y “orthografic view”; en algunos casos es
deseable rotar a otra perspectiva más adecuada (X-Z) para leptones de
alto . Es posible rotar, desplazar o aumentar según la leyenda Controls.
4. Ir al icono con forma de carpeta (Open), seleccionar Collections→Wenu
→ Wenu_0.ig → Primer event → Load. Se puede ir pasando al suceso
anterior/posterior con el icono Previous/Next de la barra de herramientas.
5. De acuerdo al punto 2., seleccionar en la parte izquierda SOLO los
elementos de detector (ECAL Barrel & Drift Tubes, ECAL Barrel &
Endcap Rec. Hits), y los objetos físicos (Global Muons, Electron Tracks
GSF, Missing Et) que permitan identificar la desintegración de un W,
centrándose en aquellos de la zona del barril (BARREL) para simplificar.
Las líneas de los elementos HCAL Endcaps y HCAL Outer ayudan a
discernir el sentido de giro (la carga) de los muones en el plano X-Y
6. Repetir el proceso para la muestra Wmunu. ¿Qué se espera ver en una
desintegración de un W? ¿Podríamos calcular la masa medida del W?
7. Realizar lo mismo para las muestras Zee y Zmumu. ¿Qué se espera ver
en una desintegración Z? ¿Podríamos calcular la masa medida del Z?
8. Usar la muestra “masterclass-2015” → masterclass_*.ig (un archivo por
alumn@) e identificar cuáles son W± y cuáles Z. ¿Hay alguno dudoso?
Apuntar en papel y rellenar la tabla: test → T1 → Grupo (= numero de
archivo) en http://leptoquark.hep.nd.edu/sschoppmann/index.php ¿Cuál
es la proporción Z/W? ¿Y la proporción W+/W-?
9. El cociente de secciones eficaces (pp→Z→ l- + l+) / (pp → W +→ l+ +
l) se puede estimar a partir del diagrama de Feynman y los factores de
vértice y propagador, obteniendo un valor de ≈1/8 ¿Concuerda con lo
obtenido experimentalmente? ¿Qué error estadístico tiene tu medida?
PL2: Estudio cinemático de los observables presentes en la producción
de resonancias con el detector CMS de LHC.
Mediante sucesos de colisiones reales pp registradas en el detector CMS, se
tratará de estudiar la cinemática y propiedades de la producción del bosón Z y
otras resonancias. Para ello se utilizará una versión online de exploración de
variables de sucesos públicos de CMS del año 2010 (36pb-1).
1. Ir a http://www.i2u2.org/elab/cms/data/ → Login as guest
2. Ir a Exploration → Elegir Dataset: Zmumu → Data Selection →Choose
event type → Muons → Plot Selection →
3. Advanced Plot Selection → Elegir la magnitud a dibujar y el color → Plot
→ (Nota: establecer la anchura de bin, “Bin Width”, apropiada para una
correcta visualización de la variable en cuestión en todos los apartados)
4. ¿Qué tipo de sucesos se esperan en la desintegración leptónica de un
Z? ¿Qué sentido tienen aquellos con leptones de carga idéntica?
5. ¿Cuál es la anchura de la distribución en masa del pico del Z (FWHM)?
Comparar con el valor experimental medido mundialmente (PDG,
http://pdg.lbl.gov/ → pdgLive →Gauge Bosons→Z →Z Width )
6. ¿Cuál es el valor de momento transverso más probable que tienen los
productos de desintegración del Z? ¿Qué región del espacio (en ) es la
que presenta mayor número de leptones? ¿Y en ? ¿Qué punto en
(X,Y,Z) es más probable para el vértice del que provienen los leptones?
7. Repetir los pasos 2. al 6. para la muestra con electrones Zee. ¿Qué
parece medir CMS con mejor precisión, electrones o muones?
8. ¿Qué dificultades presenta el caso leptónico del tau ()? Buscar los
diferentes modos de desintegración de un  en el PDG. ¿Qué canales
del tau parecen más asequibles experimentalmente?
9. Realizar los pasos 2 al 3 para la variable “Masa muónica” con las
muestra “J/psi (J/)”. Buscar la masa de la resonancia J/ en PDG
(Mesons→cĉ Mesons→J/psi) y comparar con la medida experimental de
CMS. ¿Por qué se aprecia una degradación? ¿Qué porcentaje de casos
decae el J/ a un par muónico?
10. Para la muestra “Dimuon data”, ¿qué otras resonancias aparecen en la
gráfica de masa de sucesos con dos muones? ¿Hay algún mesón
bbbar? Comparar los casos de 2, 1 y 0 muones “Globales” identificados
en la sección “Calibration” haciendo una gráfica apilada diferenciando
pares de cargas. Comparar las anchuras relativas (en %) de estas
resonancias con la del bosón Z. ¿Qué significa físicamente la anchura
en masa de una partícula? (Nota: h = 6.58 10-16 eV·s). Comparad con:
http://www.hep.uniovi.es/jfernan/FNPE/cms_dimuon.jpg