Teilchenphysik II - Jet-Physik

Teilchenphysik II --- Jet-Physik
V3 ‒ Jet Algorithmen II,
Jet Messung
Fakultät für Physik
K. Rabbertz (Institut für Experimentelle Kernphysik)
S. Gieseke (Institut für Theoretische Physik)
Klaus Rabbertz
Karlsruhe, 05.05.2017
Teilchenphysik II – Jet-Physik
1
anti-kT – hh (Whd.)
ja
Eingangsobjekte
pi; i=1,...,n
nein
– berechne alle Abstände
dij, diB
– finde Minimalabstand dmin
Test:
dmin ist dij
Test:
n → n-1 > 0
– kombiniere Objekte i, j mit
Minimalabstand:
pk = RS(pi, pj)
– deklariere Objekt i als
finalen Jet
Harte Objekte
werden zuerst
geclustert!
ja
nein
Ausgangsjets
pi; i=1,...,nj; nj ≤ n
RS: 4-Vektoraddition: pk = pi + pj
Cacciari, Salam, Soyez, JHEP04 (2008).
Klaus Rabbertz
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2
Jet Algorithmen am LHC
Standardalgorithmus:
Anti-kT:
ATLAS R = 0.4, 0.6
CMS R = 0.5, 0.7
(Run II: 0.4, 0.8 ?)
kT
SISCone (“real” cone algo)
Cambridge/Aachen
nützlich in Jetsubstruktur
in, z.B. bei “boosted” top, t´,
Z´
kT
SISCone
Cam/AC
anti-kT
Generell: Interesse an
allen vier!
Einziger “richtiger”
Konusalgorithmus!
Fast kT, Cacciari/Salam, PLB641, 2006
SISCone, Salam/Soyez, JHEP05, 2007
anti-kT, Cacciari et al., JHEP04, 2008
Klaus Rabbertz
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3
Desiderata --- Theorie
Jet Algorithm Desiderata (Theory):
2
1
Infrared safety
Collinear safety
Longitudinal boost invariance
(recombination scheme!)
Boundary stability
(→ 4-vector addition, rapidity y)
Order independence
IR unsafe: Sensitive to the
addition of soft particles
0
(parton, particle, detector)
1
Ease of implementation
(standardized public code?)
See also:
“Snowmass Accord”, FNAL-C-90-249-E
Tevatron Run II Jet Physics, hep-ex/0005012
Les Houches 2007 Tools and Jets Summary , arXiv:0803.0678
Klaus Rabbertz
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Coll. unsafe: Sensitive to the
splitting of a 4-vector (seeds!)
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4
Desiderata --- Experiment
Jet Algorithm Desiderata (Experiment):
Computational efficiency and predictability
(use in trigger?, reconstruction times?)
Maximal reconstruction efficiency
(no dark jets)
Insensitivity to pile-up
(mult. collisions at high luminosity ...)
Ease of calibration
Detector independence
Fully specified
(details?, code?)
2-3 orders of
magnitude
Original kT implementation
Jetography, G. Salam, hep-ph/0906.1833
Minimal resolution smearing and angular
biasing
p = 1: kT
p = 0: Cambridge/Aachen
p = -1: anti-kT
)
ne
o
C
II
n
u
(R
e)
t
n
n
i
o
o
IC
dp
i
n
M
Ru
(
lu
C
t
Je
Fast kT implementation
Ease of implementation
(standardized public code?)
Klaus Rabbertz
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5
Desiderata --- Lage heute
Theory:
Experiment:
Infrared safety
Ease of calibration
Collinear safety
Insensitivity to pile-up
Longitudinal boost invariance
(recombination scheme!)
Minimal resolution smearing and
angular biasing
Boundary stability
Maximal reconstruction efficiency
(→ 4-vector addition, rapidity y)
Order independence
(parton, particle, detector)
Computational efficiency and
predictability
(use in reconstruction, trigger)
Ease of implementation
(standardized public code: fastjet)
Detector independence
Fully specified
Many of these points were red,
i.e. not fulfilled, in times just
before the LHC!
Klaus Rabbertz
(fastjet)
Cacciari et al., EPJC72 (2012).
Ease of implementation
(standardized public code: fastjet)
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Jet-Definition
Done
What´s this?
Briefly discussed
Les Houches 2007 Tools and Jets Summary , arXiv:0803.0678
Klaus Rabbertz
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Rekombinationsschemata
Normales, heute empfohlenes: E-Schema, d.h. 4-Vektoraddition
Früher populär in hh Kollisionen: ET-Schema
Gewollt: ET Schema ergibt masselose Jets
Masselose Jets --- Alternativen:
4-Vektoraddition und Hochskalieren des Impulses: E0-Schema
4-Vektoraddition und Herunterskalieren der Energie: P0-Schema
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Vergleichslevel
Auf welchem Niveau (“Level”) vergleicht man Theorie & Experiment?
Typischerweise auf dem Niveau stabiler Teilchen ...
Aber was zählt als “stabil”?
ATLAS Simulation: Teilchen mit mittleren Lebensdauern τ > 10 ps
CMS Simulation:
Teilchen mit mittleren Reichweiten c·τ > 10 mm ~ 10 ps
ATLAS Jet Energy Corrections: Keine Myonen oder Neutrinos
CMS Jet Energy Corrections:
Keine Neutrinos
In der Regel vernachlässigbare Unterschiede, aber nicht z.B. für Jets mit
schweren Quarks wegen semi-leptonischer Zerfälle
In praxi wird die Berücksichtigung von Myonen oder Neutrinos (oder nicht) in
der JEC mit Monte Carlo Ereignisgeneratoren modelliert
Ebenso der Übergang von Partonen zu Hadronen inklusiver Zerfälle
ATLAS/CMS teilen Myon/Neutrino Effekte unterschiedlich auf zwischen
nichtperturbativen Parton-Hadron- und MC basierten Jet-Energie-Korrekturen
Klaus Rabbertz
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Jet Analysis Uncertainties
Experimental Uncertainties
(~ in order of importance):
Jet Energy Scale (JES)
Theoretical Uncertainties:
pQCD (Scale) Dependence
PDF Uncertainty
Noise Treatment
Non-perturbative Corrections
Pile-Up Treatment
PDF Parameterization
Luminosity (2 - 4%)
Jet Energy Resolution (JER)
Trigger Efficiencies
NLO-NLL matching schemes
Electroweak Corrections
Knowledge of αS(MZ)
Resolution in Rapidity
•••
Resolution in Azimuth
Non-Collision Background
•••
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Warum JES so wichtig?
Steil abfallendes
Spektrum
Faktor 5 – 6 auf Unsicherheit
In Energieskala: 5% → 30%
CMS, PRL107 (2011)
Klaus Rabbertz
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The ATLAS Detector
Klaus Rabbertz
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See also JINST 3 2008 S08003
12
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The CMS Detector
Inner detector (tracker):
●
Si pixel & strip tracker
●
σ/pT ≈ 1-2% (μ at 100 GeV)
Calorimeter:
●
PbWO4 crystal ECAL,
brass/scintillator HCAL
●
ELM: σE/E = 2.8% /√E + 0.3%
●
HAD: σE/E = 100% /√E + 5%
Muon system:
●
Drift tubes, cathode strips,
resistive plate chambers
●
σ/p ≈ 10 – 50% (muon alone)
●
≈ 0.7 – 20% (with tracker)
Magnet:
●
Solenoid → 3.8T
See also:
PTDR I LHCC-2006-001,
JINST 3 2008 S08003
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Teilchennachweis
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Backup Slides
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