Dariusz Bocian / 1 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Pomiar świetlności akceleratora LHC przy użyciu procesu dwufotonowego Dariusz Bocian Dariusz Bocian Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

Dariusz Bocian / 2 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Plan Definicja świetlności Definicja świetlności Metody pomiaru świetlności Metody pomiaru świetlności Proces dwufotonowy Proces dwufotonowy Proponowane układy detekcyjne Proponowane układy detekcyjne Cięcia selekcyjne Cięcia selekcyjne Symulacja pomiaru świetlności Symulacja pomiaru świetlności Wyniki symulacji sygnału Wyniki symulacji sygnału Wyniki symulacji tła Wyniki symulacji tła Podsumowanie Podsumowanie

Dariusz Bocian / 3 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Definicja świetlności Świetlność, L, jest parametrem maszyny, informującym ile przypadków na sekundę, R, będziemy obserwować przy ustalonym przekroju czynnym, σ calc.

Dariusz Bocian / 4 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Metody pomiaru świetlności Korzystające ze zmierzonych parametrów maszyny, jak na przykład skaning Van der Meera użyty w ISR Korzystające ze zmierzonych parametrów maszyny, jak na przykład skaning Van der Meera użyty w ISR Używające procesów, które możemy z dobrą precyzją obliczyć teoretycznie Używające procesów, które możemy z dobrą precyzją obliczyć teoretycznie Rozpraszanie elastyczne pppp (pomiar wykonywany jak najbliżej wiązki) Proces dwufotonowy ppppe + e - (bardzo dobry kandydat na precyzyjny pomiar świetlności w zakresie niskiej świetlności, do L=2*10 33 )

Dariusz Bocian / 5 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Proces dwufotonowy Definicja kąta acoplanarity ( = π- ) Charakterystyka procesu dwufotonowego Energia elektronu/pozytonu: ε ~ GeV Pęd poprzeczny pojedynczego e + /e - :p t ~ MeV Masa niezmiennicza pary e + e - :M e+e- ~ 2m e Pęd poprzeczny pary e + e - :P Te+e- ~ MeV

Dariusz Bocian / 6 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Podstawowe rozkłady – kąt produkcji

Dariusz Bocian / 7 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Podstawowe rozkłady - energia

Dariusz Bocian / 8 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Podstawowe rozkłady

Dariusz Bocian / 9 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Proponowane układy detekcyjne: ATLAS

Dariusz Bocian / 10 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Proponowane układy detekcyjne: ATLAS

Dariusz Bocian / 11 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Proponowane układy detekcyjne: CMS/TOTEM okienko wyjścia cząstek

Dariusz Bocian / 12 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Symulacja pomiaru świetlności Narzędzia użyte do symulacji pomiaru świetlności Narzędzia użyte do symulacji pomiaru świetlności LPAIR PYTHIA MAD-X Własne programy symulacji pomiaru Symulacja pomiaru Symulacja pomiaru Parametry wiązki Efekty zakłócające pomiar Oddziaływanie wiązka- ładunek Solenoid Rozproszenie na okienku wyjścia Rozdzielczość detektorów: 0.5 mm pozycji, 5% i 20% energii Magnes dipolowy w ATLAS-ie

Dariusz Bocian / 13 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Proponowane cięcia selekcyjne Cięcia selekcyjne ATLASCMS/TOTEM 1.Kąt produkcji, 1.Kąt produkcji, 2.Energia elektronu and pozytonu, E 3.Masa niezmiennicza, M 3.Masa niezmiennicza, M inv 4.Pęd poprzeczny pary, P 4.Pęd poprzeczny pary, P T 5.Kąt acoplanarity | | v – veto na naładowane cząstki w | | 2.5 V– veto na naładowane cząstki w | | mrad 2.5 mrad 1.0 ÷ 5.0 GeV 20 MeV 20 MeV ÷ 8.2 mrad 3.0 ÷ 20.0 GeV 100 MeV 100 MeV 60 60

Dariusz Bocian / 14 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Efektywność cięć selekcyjnych Całkowity przekrój czynny na produkcję e + e - dla energii LHC: pp ppe+e- = 7.06 mb Scenariusz Przekrój czynny ATLAS 0.24 mb 32 μb 31.3 μb 31.1 μb 17 μb CMS/TOTEM 0.13 mb 0.1 μb 21.6 nb 21.1 nb 17 nb Dla świetlności L=2*10 33 liczba wyprodukowanych przypadków po cięciach 1 do 5 wynosi: N obs 35 tys/s dla ATLAS-a, N obs 10 tys/5 min. dla CMS-u

Dariusz Bocian / 15 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Wyniki symulacji: ATLAS

Dariusz Bocian / 16 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Wyniki symulacji: CMS/TOTEM

Dariusz Bocian / 17 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Symulacja pomiaru świetlności Wpływ ładunku pęczka na produkowaną cząstkę

Dariusz Bocian / 18 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Symulacja pomiaru świetlności Solenoid

Dariusz Bocian / 19 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Tło (1) Minimum bias - Rozpady Dalitza Czerwony histogram jest przemnożony przez czynnik 5!

Dariusz Bocian / 20 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Tło (2) Błędnie zidentyfikowane cząstki ATLAS

Dariusz Bocian / 21 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Tło (3) Oddziaływania wiązka-gaz - oszacowane dzięki konfiguracji wiązki Oddziaływania wiązka-gaz - oszacowane dzięki konfiguracji wiązki Oddziaływania nieelastyczne pp - większe pędy poprzeczne Oddziaływania nieelastyczne pp - większe pędy poprzeczne Inne procesy QED (bremsstrahlung) – oszacowanie (A. Shamov): poniżej 25% przekroju czynnego na rozpad Dalitza Inne procesy QED (bremsstrahlung) – oszacowanie (A. Shamov): poniżej 25% przekroju czynnego na rozpad Dalitza

Dariusz Bocian / 22 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Wyniki symulacji: ATLAS Cięcia selekcyjne Sygnal [μb] Tło [μb] (T/S) 1÷4 1÷5 1÷5 v 1÷5 V (21,5%) 0.54 (3,1%) (0.1%) (0.01%)

Dariusz Bocian / 23 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Wyniki symulacji: CMS/TOTEM Cięcia selekcyjne Sygnal [nb] Tło [nb] (T/S) 1÷4 1÷5 1÷5 v 1÷5 V (39,2%) 1.08 (6,3%) 0.26 (1.5%) 0.01 (0.06%)

Dariusz Bocian / 24 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Podsumowanie Proces dwufotonowy jest dobrym kandydatem do pomiaru świetlności Proces dwufotonowy jest dobrym kandydatem do pomiaru świetlności Błąd teoretyczny nie przekracza 1% Błąd teoretyczny nie przekracza 1% Nie uwzględniając efektów detektorowych: Nie uwzględniając efektów detektorowych: Dla ATLAS-a, co sekundę mamy wyprodukowanych ~35 tys. przypadków dla L=2*10 33 Dla CMS-u, co 5 min. mamy wyprodukowanych ~10 tys. przypadków dla L=2*10 33