1/16 ATLAS実験におけるミューオンチャンネルでのクォーコニウムの測定東大素セ, 神戸大理A 結束晃平, 坂本宏, 織田勧, 松下崇A, 久保田隆至, 他 ATLAS Collaboration 日本物理学会 2010年秋季大会 13pSK04 2/16 本講演ではJ/ym+m-の測定について発表します 3/16 ATLASでのJ/ym+m-の測定の目的 • 物理 – クォーコニウムの生成メカニズムの理解 – ボトムクォークの生成断面積の測定 • 検出器 – ミューオンの検出効率の測定 – ミューオン検出器によるトリガー効率の測定 – 内部飛跡検出器のアライメント前講演 4/16 クォーコニウムの生成メカニズムの理解 • 直接生成 (prompt production) Color singlet – 主にgg衝突でできる – その次はqq̅, qg – 中間状態が良くわかっていない Color octet CDF I • Color singletだけか? • Color octetも含むか? – 断面積だけならcolor octetを入れればOK。 • b-hadronからの崩壊 (non-prompt production) Color octet Total Color singlet 5/16 J/yのpolarization • 崩壊レプトンの角度分布を測る – lq=+1 : transverse polarization • Helicity = ±1 – lq=-1 : longitudinal polarization • Helicity = 0 arXiv:1006.2738 d 2N  1 + lq cos2 q * + l sin 2 q * cos2 * + lq sin 2q * cos * * * d cosq d • Color Singlet Modelはおおむね longitudinal polarizationを予測 • Color Octet Modelはおおむね transverse polarizationを予測 lq • CDFの結果を再現する理論モデルはまだない。 6/16 ボトムクォークの生成断面積の測定 http://cacciari.web.cern.ch/cacciari/talks/ e+e-QXHQX • BR(bJ/yX)=1.16% • Fragmentation functionもある程度わかっている – EvtGenなどのB decay generator が存在する • Decay lengthを測ることで分離できる • ボトムクォークの微分断面積が測れる(に焼き直せる) – 横運動量 – ラピディティ x 7/16 使用した重心エネルギー7TeVでの陽子衝突データ • J/yの生成断面積の測定 – 横運動量とラピディティ依存性 – トリガー: Level1 Minimum Bias Trigger ScintillatorトリガーとEvent Filter full scan muonトリガーのチェーン • 低い横運動量のJ/yを捉えるため。 – データ取得期間 : 2010年4月23日—6月4日 – 積分ルミノシティ : Ldt = 9.5 nb-1 • J/yの間接生成と直接生成の比 – 横運動量依存性 – トリガー : Level1 Muon Trigger (MU0, 一番低い横運動量しきい値) • 数多くJ/yを捉えるため – データ取得期間 : 2010年4月23日—6月4日 – 積分ルミノシティ : Ldt = 17.5 nb-1 8/16 J/yの生成断面積の測定 • イベント毎にacceptance, reconstruction efficiency, trigger efficiencyを補正するために重みを掛けた。 w-1 := A(pT, y; li)*ereco(pm+)*ereco(pm-)*etrig(pm+, pm-) • Acceptanceの補正はJ/yの横運動量、ラピディティ、 polarizationの関数。 • Reconstruction efficiencyはシミュレーションで求めた値を用いた。 • Trigger efficiencyはLevel1 Minimum Bias Triggerで取得したイベントから評価した。 – em(pT, h) : single muonに対する横運動量と擬ラピディティの関数としてのtrigger efficiencyを求め、 – eJ/y = 1-{1-em(pT1, h1) } x{1-em(pT2, h2) } : J/yに対するtrigger efficiencyをemulateした。 • どちらかのmuonがトリガーを鳴らせば良い。 Acceptanceのpolarizationに対する依存性 • J/y polarizationをまだ測定していないので、5つの極端な場合を考え、 acceptanceの不確定性とした。 • Flatの場合を中心値として用いた。 lq = +1, l = lq = 0 d 2N  1 + lq cos2 q * + l sin 2 q * cos2 * + lq sin 2q * cos * * * d cosq d Flat Longitudinal lq = l = lq = 0 lq = -1, l = lq = 0 J/y pT [GeV] 9/16 Transverse lq = +1, l = +1, lq = 0 J/y |rapidity| lq = +1, l = -1, lq = 0 • 赤い実線はunbinned maximum likelihood fitの結果。 15 10 補正をする前のミューオン対の不変質量分布 8 10/16 6 • 信号はGaussian • バックグラウンドは1次関数 0 J/y pT [GeV] 2 4 • 再構成された質量が±3s以内にあるJ/yの候補の分布 J/y |rapidity| 0 0.75 1.5 2.25 11/16 ATLASでのJ/ymmの微分断面積 • 黄色いバンドは極端な polarizationを考えた時の最大値と最小値を表す。 • 測定結果の横運動量とラピディティ依存性はColor Octet Modelを用いた PYTHIAの予測(青い点線) と一致している。 • しかし、このPYTHIAの予測は測定結果に合うように 0.1倍してある。 • ATLAS実験によるPYTHIAの tuning、もしくは、用いたパートン分布関数に問題があるのだと考えられる。赤の誤差棒: 統計誤差黒の誤差棒: 統計誤差と系統誤差 12/16 LHCの他の実験による微分断面積の結果との比較中心ラピディティ領域前方ラピディティ領域 9.5 9.5 おおむね一致している。 13/16 bクォークからのJ/yを分離するために pseudo-proper time(t)を測定する Lxyはビームと垂直平面内での衝突点からJ/yの崩壊点までの距離   Lxy  L  pT J y  pT J y  t  Lxy mJ y  pT J y  • 各横運動量ビンで不変質量とpseudo-proper timeを同時フィットで求めた。 • Pseudo-proper timeの確率分布関数 – 信号 : d関数 (直接生成)と指数関数 (間接生成) をGaussian (tracking resolution)で畳み込み – バックグラウンド : d関数と2つの指数関数 (1つは正のt側のみ、もう1つは正負のtで対称な指数関数) をGaussianで畳み込み 14/16 Pseudo-proper timeのフィットの例 Background Background Signal Side bandsから求めたバックグラウンド ±3sの領域は信号+バックグラウンドでフィット 15/16 J/yの間接生成と直接生成の比 • 測定結果とPYTHIAの予測は • LHCの実験間でも一致して誤差の範囲内で一致している。いる。赤の誤差棒: 統計誤差黒の誤差棒: 統計誤差と系統誤差この図は比でなく、間接生成の割合を表示している。 16/16 まとめと今後 • ATLAS実験で重心エネルギー7TeVでの陽子衝突における J/yの微分断面積と間接生成と直接生成の比を測定した。 • PYTHIAの予測と横運動量依存性、ラピディティ依存性はおおむね一致するが、断面積の絶対値に10倍の差がある。 – おそらく、ATLAS実験によるPYTHIAのtuningの問題。 • LHC実験間ではおおむね一致している。 • J/yの微分断面積と間接生成の割合からボトムクォークの微分断面積を求める。 • J/yのpolarizationと微分断面積から生成メカニズムに制限を掛ける。 • この解析についてのATLAS Conference Noteが一般に公開されています。 – ATLAS-CONF-2010-062 – https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2010-062/ 17 予備スライド 18 ATLAS B-physics program Ldt 10 nb-1 Validation of tracking/trigger performance and alignment, data quality monitoring with J/y and  Data taking efficiency 93.4% We are here! 10 pb-1 Early program • Understanding the detector 100 pb-1 End of 2010 performance using well understood b and c 1 fb-1 End of 2011 processes. • Measurement of 10 fb-1 production cross sections for B-hadrons, J/y and  to test QCD predictions for pp 100 fb-1 collisions at the LHC. Continuing performance studies: measurements of ppJ/y, bbJ/y and B+J/yK+ cross sections Collect larger numbers of the main B decays; start to contribute to world averages on B-hadron (B+, Bs, Bc, Lb) properties; Onia polarization study; start to set limits on rare decay branching ratios Searches for BSM CP-violation in weak decays of B mesons; rare decay searches; Lb polarization study “High” LHC luminosity – main period for rare decay searches (such as Bsmm) 19 ATLAS detector • A general purpose detector at the LHC. • Complement the B-physics program of the dedicated LHCb experiment. • ATLAS and CMS : 0<|y|<2.4 25 m • LHCb : 2< y <4.5 44 m • Inner Detector : |h|<2.5, 2-Tesla Solenoid magnet • Si Pixels, Si Strips, Transition Radiation Detector • Precise tracking, vertexing, e/p separation • spT/pT~3.4x10-4 pT [GeV] + 0.015 • Muon Spectrometer : |h|<2.7, Air-core toroid magnets • Gas-based muon chambers • Muon trigger and measurement with momentum resolution<10% up to p~1TeV. ATLAS trigger • Level1 : hardware trigger from muon, calorimeter and minimum bias scintillator • Level2 : software trigger to confirm Level1 trigger decision • Event Filter : perform event selection using more complex algorithms • HLT B-Triggers are full scan trigger, single muon trigger and di-muon trigger. • M(mm)<13GeV to cover J/y, y’, mm, rare Bsdmm, BXsmm • Trigger menu evolves with luminosity. • Well-understood triggers are used for physics analysis. Full scan trigger with one L1 muon High Level Trigger 20 Single muon trigger with one L1 muon Di-muon trigger with two L1 muons 21 Muon reconstruction • Inner Detector tracking for momentum measurement • Muon Spectrometer for muon identification and triggering • Muons are reconstructed either fully or partially, “combined” or “tagged”. Muon Spectrometer Calorimeters Inner Detector Combined muon Tagged muon Combined muons have an ID track matched to an MS track and refitted through the detector to give the best measurement. At least one muon in a pair must be combined in the selection of J/y. Tagged muons are ID tracks matched to muon segments when extrapolated to the MS. Such muons generally have low momentum. 22 A J/ymm candidate in a 7-TeV collision Mass=3.1GeV 23 • The coefficients, lq, l and lq, are related to the spin density matrix elements of the J/y spin wave function. J y  A- -1 + A0 0 + A+ +1 • Five spin alignment scenarios are considered – Flat distribution: lq = l = lq = 0 – Longitudinal: lq = -1, l = lq = 0 (A0=1, A+=A-=0) – Transverse: • lq = +1, l = lq = 0 (A±=1, A0=A∓=0) • lq = +1, l = +1, lq = 0 (A+=A-, A0=0) • lq = +1, l = -1, lq = 0 (A+=-A-, A0=0) • Polarization is expected to depend on production models. arXiv:1006.2738