1 Calibración del Momento de los Muones en CMS María Cepeda Hermida M. Isabel Josa Mutuberría Begoña de la Cruz Martínez IX Jornadas de Altas Energías XXXI Reunión Bienal de la RSEF Granada, Septiembre 2007

2 LHC Luminosidad nominal: cm -2 s -1 Energía en centro de masas: 14 TeV B max =8.3 Teslas  Fecha prevista para su puesta en marcha: Primavera 2008 (Luminosidad inicial L=10 32 cm -2 s -1 ) Colisiones cada 25 ns; 100 MB de información generados en cada colisión Colisionador Hadrónico: p-p, p-Pb, Pb-Pb

3 Compact Muon Solenoid (4 T) Detector Central de Trazas HCAL (Calorímetro Hadrónico) ECAL (Calorímetro Electromagnético) Hierro de retorno del campo magnético Espectrómetros de muones Imán Solenoidal Peso total: Ton Diámetro: 15 m Longitud: 21.5 m Campo Magnético: 4 Teslas

4 Uno de los principales objetivos de diseño de CMS. Señales fáciles de identificar (Hay mas de 10 longitudes de interacción hasta llegar a las cámaras  solamente  s y s) Presentes en muchos canales de relevancia física (H  ZZ  4 , Z’  , física de Bs…) Detección de Muones Sistema de detección de muones redundante y eficiente: Alta resolución en medida de momento:  ~1.5% para 100GeV

5 Detección de Muones (2) Medida precisa punto paso del muón (precisión p T )

6 Reconstrucción de muones La reconstrucción y medida del momento de los muones se lleva cabo en tres pasos, utilizando toda la información de los subsistemas de detectores de CMS La reconstrucción y medida del momento de los muones se lleva cabo en tres pasos, utilizando toda la información de los subsistemas de detectores de CMS 1. LOCAL 2. STANDALONE 3. GLOBAL

7 Medida del momento de muones Efectos que influyen en la medida del momento Efectos que influyen en la medida del momento Física de los detectores, (MS),, Física de los detectores : Intrínseca, Multiple Scattering (MS), Pérdidas de Energía, aparición de impactos espúreos Desconocimiento de la geometría real del detector (), Desconocimiento de la geometría real del detector (Desalineamiento), incertidumbres en el Campo Magnético aplicado Efectos de resolución y/o escala en la medida del momento de los muones en el estado final se traducen en incertidumbres en las cantidades derivadas (p.ej. masa invariante) Resolución 

8Calibración, utilizando partículas de masa conocida como patrón. CMS está desarrollando la estrategia a seguir para calibrar el momento de los muones con los datos, utilizando partículas de masa conocida como patrón. Para ello se estan realizando estudios Para ello se estan realizando estudios Monte Carlo : En concreto, este trabajo se centra en la calibración del momento de los muones utilizando la resonancia J/  Bajo momento: J/ ,  … Alto momento: Z

9 Producción de J/  en el LHC Dos fuentes: (en el vértice primario, pp  J/  X)  Directa (en el vértice primario, pp  J/  X)   P =5.522·10 7 nb (en vértices secundarios, en un 99% provenientes de b  J/  X).  Indirecta (en vértices secundarios, en un 99% provenientes de b  J/  X).   NP =5.783·10 5 nb Gran estadística ya en los primeros días de toma de datos L=10pb -1 (  1 día de toma de datos)  J/  (10 6 en un rango de  y p t reconstruible por el detector) Resonancia cc M PDG =  GeV  = 93.4  2.1 keV Br(J/    -  + ) =5.93% Permitirá calibrar la escala del momento de los muones (en su rango más bajo)

10 Caracterización de la muestra Estudio con muestras Montecarlo  Generadas con Pythia Estudio con muestras Montecarlo  Generadas con Pythia Simulación del paso por el detector con GEANT4 Reconstrucción con el software oficial de la colaboración (CMSSW) Datos normalizados para L=10pb -1

11 B  J/  X

12 Reconstrucción del J/  en CMS Los criterios de selección para el J/  requieren  Los criterios de selección para el J/  requieren 2 muones de p t >3GeV/c con M   (2.8, 3.4) GeV Sucesos/10pb -1 GeneradosSeleccionados Non Prompt 655· ·10 3 Prompt 2843· ·10 3 Resolución en P t en función de 

13 Espectros Reconstruidos del J/ 

14 Estrategia de calibración La estrategia de calibración del momento reconstruido se basa en comparar la masa invariante del sistema de dimuones con la masa del J/  en el PDG La estrategia de calibración del momento reconstruido se basa en comparar la masa invariante del sistema de dimuones con la masa del J/  en el PDG Minimizando esta diferencia de masas en términos  2 para obtener funciones de correción del momento Aplicamos el método para corregir los efectos introducidos por un desalineamiento en el detector

15 Desalineamiento Una vez el detector funcione a pleno rendimiento, los sistemas de alineamiento de CMS proporcionarán una medida muy precisa de la posición de cada uno de sus subsistemas. Una vez el detector funcione a pleno rendimiento, los sistemas de alineamiento de CMS proporcionarán una medida muy precisa de la posición de cada uno de sus subsistemas. Pequeños errores en la posición de los distintos elementos  posibles errores de medida Pequeños errores en la posición de los distintos elementos  posibles errores de medida A partir de los datos de prueba del detector (Survey, MTCC), se ha estimado la magnitud de estos errores para distintas luminosidades integradas A partir de los datos de prueba del detector (Survey, MTCC), se ha estimado la magnitud de estos errores para distintas luminosidades integradas Para L=10pb -1 Para L=10pb -1 Detector de Trazas  Error <250  m Muones  Error < 3mm

16 Corrección de Efectos Factores de corrección dependientes de la zona del detector considerada p t cor = p t + a+ bp t + cp t 2 a (GeV)bc (1/GeV)  <    <  <     >    M= GeV  = GeV M= GeV  = GeV (M rec -M PDG )/M PDG =0.59% (M rec -M PDG )/M PDG =0.04%

17Resultados

18Conclusiones Se ha presentado una estrategia de calibración del momento de los muones. Se ha presentado una estrategia de calibración del momento de los muones. Su funcionamiento se ha puesto a prueba sobre muestras Monte Carlo en el rango más bajo de momentos (con resonancias J/  ) Su funcionamiento se ha puesto a prueba sobre muestras Monte Carlo en el rango más bajo de momentos (con resonancias J/  ) Como primer estudio, se ha tenido en cuenta un posible desalineamiento de los detectores. Como primer estudio, se ha tenido en cuenta un posible desalineamiento de los detectores. Se ha comprobado que a bajo momento los efectos de desalineamiento previstos con los datos actuales apenas influirán en la precisión de nuestras mediciones. Se ha comprobado que a bajo momento los efectos de desalineamiento previstos con los datos actuales apenas influirán en la precisión de nuestras mediciones. Este método se aplicará a datos experimentales Este método se aplicará a datos experimentales

19Back-Up

20 Desalineamiento con Z

21 Desalineamiento del Tracker