Kalibrierung und Charakterisierung der de/dx-information der Zentralen Driftkammer bei Zeus

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1 Kalibrierung und Charakterisierung der de/dx-information der Zentralen Driftkammer bei Zeus Robert Zimmermann Physikalisches Institut Universität Bonn 39. Herbstschule für Hochenergiephysik Maria Laach Sep. 007

2 Inhalt Hera und Zeus Motivation 3 Bethe-Bloch-Fit 4 de/dx-simulation 5 Zusammenfassung

3 Die Hadron-Elektron-Ring-Anlage Hera 360 m HERA Halle NORD (H) 779 m Halle OST (HERMES) Halle WEST (HERA-B) Einziger e ± p- Ringbeschleuniger weltweit Umfang ca. 6.3 km Schwerpunktsenergie s 38 GeV Elektronen / Positronen Protonen HASYLAB Synchrotronstrahlung DORIS Linac DESY PETRA Halle SÜD (ZEUS) E e ± = 7.6 GeV, E p = 90 GeV

4 Zeus Innerer Detektor Spurmessung Impulsmessung Für diese Arbeit wichtig: Zentrale Driftkammer CTD Äußerer Detektor Energiemessung Elektron / Hadron Unterscheidung Myon-Identifikation

5 Motivation Teilchenidentifikation m c 4 = E p c mittl. Energieverlust de/dx Beschrieben durch Bethe-Bloch-Kurve Als Funktion des Impulses teilchenabhängig Test von Teilchen- Hypothesen mit Hilfe von Verteilung um mittleren Energieverlust (Residuen)

6 Motivation Teilchenidentifikation m c 4 = E p c mittl. Energieverlust de/dx Beschrieben durch Bethe-Bloch-Kurve Als Funktion des Impulses teilchenabhängig Test von Teilchen- Hypothesen mit Hilfe von Verteilung um mittleren Energieverlust (Residuen) de/dx (Mips) π µ K P e P (GeV) de dx = 4πe4 N a Z m ec A β z mec ln E maxβγ β I δ(β) «

7 Motivation Teilchenidentifikation m c 4 = E p c mittl. Energieverlust de/dx Beschrieben durch Bethe-Bloch-Kurve Als Funktion des Impulses teilchenabhängig Test von Teilchen- Hypothesen mit Hilfe von Verteilung um mittleren Energieverlust (Residuen) Wahrscheinlichkeit de/dx

8 Motivation de/dx-simulation Vergleich von gemessenen und erwarteten de/dx-verteilungen erwünscht Erwartete Verteilung muss zunächst simuliert werden Vorherige Simulation des Energieverlusts unzureichend Bestimme stattdessen Bethe-Bloch-Kurve und Residuen basierend auf Daten Bethe-Bloch-Kurve und Residuen für Messperiode von vorhanden Bethe-Bloch-Kurve und Residuen sollten für Messperiode von ermittelt werden

9 Zeus Innerer Detektor Querschnitt CTD-Oktant Max. 7 Einzelmessungen pro Spur in CTD Energieverlust Signalhöhe Umbau 000/00 Neu: MVD, STT,... Aufteilung in Messperioden HeraI+II

10 Kalibrierungs-Samples Erinnerung Ziel: Parameter der Bethe-Bloch-Kurve bestimmen, die die Daten bestmöglich beschreiben Benötigt möglichst verlässliche (de/dx, βγ)- Paare über großen Massenbereich ( p m = βγ) Nutze nur Daten gut trennbarer Prozesse Verwende harte Schnitte reine Samples e p-daten von 004/5

11 Bethe-Bloch-Fit Vorbereitung Binning in βγ wählen Schwerpunkte und de/dx-fehler je Bin berechnen (Neu: Mittelwerte auch in βγ) Beispiel: Λ 0 -Sample (p + π)

12 Bethe-Bloch-Fit Eine Parametrisierung für gesamten βγ-bereich j» «p5 ff de dx = p p β p β p 4 ln p βγ de/dx (Mips) 4 3 HERAII-Fit Fit beschreibt die Daten über fünf Größenordnungen gut! βγ

13 Residuen Erzeugung und Anwendung in Simulation Erinnerung Residuen für Tests von Teilchen-Hypothesen MC de/dx-simulation Wahrscheinlichkeit Erzeugung Erzeuge Residuen: de/dx de/dx de/dx de/dx für jede Anzahl von CTD-Treffern getrennt Fitte alle Residuen mit selbem Modell, aber separat 0 (de/dx - de/dx )/(de/dx )

14 Residuen Beispiele für HeraII Number of Entries 00 = N trunc data asym. gaus fit (new) gaus fit (old) Number of Entries 50 = 3 N trunc Number of Entries = 37 N trunc (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx Number of Entries Number of Entries Number of Entries (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx

15 Residuen Beispiele für HeraI Number of Entries = N trunc HERA data asym. gaus fit (new) gaus fit (old) (de/dx - de/dx ) / de/dx Number of Entries 600 N trunc = (de/dx - de/dx ) / de/dx Number of Entries = 37 N trunc (de/dx - de/dx ) / de/dx Number of Entries Number of Entries 3 Number of Entries (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx (de/dx - de/dx ) / de/dx

16 Anwendungsbeispiel Aus einer aktuellen Zeus-Analyse zur Messung von b-produktion in -Jet Photoproduktions-Ereignissen mit semileptonischen Zerfällen in Elektronen. T = L B ex j L j L j = α j (p T, η) P(dE/dx) P(<Andere Vars>)

17 Zusammenfassung Kalibrierung der Bethe-Bloch-Kurve Für Analysen der HeraII-Daten erstellt Methode für Bethe-Bloch-Fit verbessert Charakterisierung der Residuen Für Analysen der HeraII-Daten erstellt Für Analysen der HeraI-Daten verbessert Neues Modell beschreibt die Form gut Aktueller Stand Nicht-finale Version der Resultate der Arbeit in Zeus-Software eingebaut. Teilchenidentifikation mit de/dx und Simulation von de/dx-verteilungen möglich, aber nicht optimal.

18 Zusammenfassung Kalibrierung der Bethe-Bloch-Kurve Für Analysen der HeraII-Daten erstellt Methode für Bethe-Bloch-Fit verbessert Charakterisierung der Residuen Für Analysen der HeraII-Daten erstellt Für Analysen der HeraI-Daten verbessert Neues Modell beschreibt die Form gut Aktueller Stand Nicht-finale Version der Resultate der Arbeit in Zeus-Software eingebaut. Teilchenidentifikation mit de/dx und Simulation von de/dx-verteilungen möglich, aber nicht optimal.

19

20 Kalibrierungs-Samples Ausreißerschnitt Geringfügige Kontamination beeinflusst Fit nur bei deutlicher Abweichung von de/dx leicht zu separieren Ermittle Ausreißer durch Vergleich von (de/dx de/dx ) mit zugehörigem Residuum Schneide bei 99.95% aller erwarteten Spuren Beispiel: Protonen aus Λ 0 -Sample vorher nachher

21 Bethe-Bloch-Fit und Kalibrierungs-Samples D D hist n vs de/dx and βγ de/dx (Mips) βγ

22 Bethe-Bloch-Fit und Kalibrierungs-Samples R. Zimmermann Maria Laach 07

23 Residuen Modelle Bisheriges Modell: Gaußkurve Aber: bessere Beschreibung von Höhe und Flanken erwünscht Getestete Modelle log Gauß Gauß (links) + log Gauß (rechts) Gauß + Gauß (mehrere Versionen) asymmetrische Gaußkurve asym. Gauß + asym. Gauß (mehrere Versionen) Umgestaltetes Toy-Modell (für de/dx-systematiken) Neues Modell: Summe zweier asym. Gaußkurven für HeraII und HeraI

24 Residuen Beispiele für HeraII Number of Entrie 50 = 3 N trunc

25 Residuen Beispiele für HeraII Number of Entri

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