LHC a ATLAS (RNDr. Jiří Rameš)

LHC a ATLAS
bilance prvního roku
Jiří Dolejší
1. 12. 2010
Praha, 1. 1. 2010
Dipole
7 TeV
• 8.33 T
• 11850 A
• 7M J
19. září 2008,
11:18
3
Inter-connection
Vac. chamber
Dipole busbar
4
Busbar interconnection
Interconnection resistance ~ 0.35 n
5
Přestávka
6
Muon system
ATLAS Preliminary
Cosmic muon map reconstructed by offline RPC standalone muon monitoring
projected on surface (y=81m).
7
Restart na sklonku roku 2009, video
8
Restart na sklonku roku 2009
9
Dramatický moment ve vývoji – 30. 3. 2010
10
Dramatický moment ve vývoji – 30. 3. 2010
http://www.ct24.cz/veda-a-technika/85406opakovany-pokus-s-malym-velkymtreskem-se-podaril/
11
Slibný provoz v roce 2010 (video)
12
Slibný provoz v roce 2010 (video)
13
Di-muon resonances
Full data sample
Simple analysis:
 LVL1 muon trigger with
pT ~ 6 GeV threshold
 2 opposite-sign muons
reconstructed by combining
tracker and muon spectrometer
 both muons with |z|<1 cm
from primary vertex
 Looser selection: includes also muons made of Inner Detector
tracks + Muon Spectrometer segments
 Distances between resonances fixed to PDG values;
Y(2S), Y(3S) resolutions fixed to Y(1S) resolution
14
„Take-off“
Delivered and
recorded integrated
luminosity grows
exponentially
and
ATLAS works well
15
The Inner detector consists of three pixel layers, four
double-layer strip layers (SCT), giving together 11 space points,
and transition radiation tracker (TRT) in 2 T magnetic field.
TRT
350 000 channels
97,1% operational
Momentum resolution:
/pT ~ 3.4x10-4 pT (GeV) 0.015
SCT
6,3 mil. channels,
99,2% operational
Occupancy @ HI
10% at worse
Pixels
80 mil. channels,
97,3% operational
Occupancy @ HI
16
less than 1%
Illustration of tracking and vertexing performance,
vertex resolution better than ~200 μm
5 cm
17
Current results from tracking (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
Data:
 First 190 b-1 of data recorded by the ATLAS experiment at 7 TeV:
10,066,072 events passed event selection, containing a total of 209,809,430 selected tracks.
 0.9 TeV data sample (7 b-1 ) contains 357,523 events with 4,532,663 selected tracks.
Event selection requirements:
A good track should satisfy:

 pT > 100 MeV,
 a hit in the first layer of the Pixel detector
(layer-0) if one is expected,
 a minimum of one Pixel hit in any of the 3
layers,
 at least two (pT > 100 MeV), four (pT > 200 MeV)
or six (pT > 300 MeV) SemiConductor Tracker
(SCT) hits,
 transverse and longitudinal impact parameters
calculated with respect to the event primary
vertex |d0 | < 1.5 mm and
| z0. sin | < 1.5 mm, respectively,
2 probability > 0,01 for reconstructed tracks

with pT > 10 GeV,
to remove mis-measured tracks




to have all Inner Detector subsystems at nominal conditions,
stable beam and defined beam
spot values,
to have passed the Level 1
Minimum Bias Trigger Scintillator
single-arm trigger,
to have a reconstructed primary
vertex,
to not have a second
reconstructed primary vertex
with four or more tracks in the
same bunch crossing (to remove
pile-up),
to have at least two good tracks
in the event.
18
Illustration of vertexing performance
Vertex reconstruction efficiency
as a function of nselBS. The
coloured error bands show the
total uncertainty, the black
vertical lines the statistical
uncertainty.
Data: A zoomed-in view of the Y vs. X distribution of secondary
reconstructed vertices due to hadronic interactions in minimum-bias events
(after K0S, , and vetoes, and Z < 300 mm cut). 1 mm bins in X and Y.
19
Illustration of tracking performance (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
All uncertainties are quoted relative to the track reconstruction effciency.
20
Charged-particles multiplicities (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
Charged-particle multiplicities for events with nch 2 within the kinematic range
pT 100 MeV and | | < 2.5 at s = 0.9 TeV and at s = 7 TeV
21
Charged-particles multiplicities (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
Charged-particle multiplicities for events with nch 2 within the kinematic range
pT 100 MeV and | | < 2.5 at s = 0.9 TeV.
22
Charged-particles multiplicities (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
Charged-particle multiplicities for events with nch 2 within the kinematic range
pT 100 MeV and | | < 2.5 at s = 0.9 TeV.
23
Charged-particles multiplicities (ATLAS-CONF-2010-046, 20 July 2010)
ATLAS Preliminary
Charged-particle multiplicities for events
with nch 2 within the kinematic range
pT 100 MeV and | | < 2.5 at s = 0.9 TeV.
The average charged particle multiplicity
per unit of rapidity for = 0 as a function
of the centre of mass energy.
24
https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/Atlas/AtlasResults
25
A jump from pp to PbPb …
LHC
PP
PbPb
Max. energy
7+7 TeV
2.76+2.76 TeV
Pile-up
23
0
200
1000-6000?
40 MHz
8 kHz
dN/d
Rate
… at nominal conditions
?
RHIC LHC
0.1 TeV/A 2.76 TeV/A
197Au
207Pb
26
RHIC, první 100+100 GeV Au+Au na STAR
http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC1
29
jádro
jádro
proton
proton
proton
proton
více
protonů
více
protonů
Srážky těžkých iontů
Současnost
Di-muon invariant mass
spectrum
Di-muon invariant mass
spectrum for data, from
fully combined opposite
sign muons in L1_MU6
triggered events. The
muon trigger applies
a pT threshold at ~6GeV,
while the two inner
detector-muon
spectrometer combined
tracks have a pT threshold
of 4 and 2.5 GeV
respectively. The plot
shown corresponds to an
integrated luminosity of
about 3.0 pb−1.
Srážky těžkých iontů
Blízká(?) budoucnost
– produkce těžších sourozenců J/ψ – kvarkonií , studie ATLAS.
ATLAS Preliminary
Mass Resolution 120 MeV,
sufficient the separate states
Di-muon invariant mass distribution as expected for one month
of data, taking into account acceptance and efficiency, for decay
muons in the barrel region only (| | < 1).
19 000 in one month running at nominal luminosity (0.5 nb-1)
Background muons
from open charm
and beauty decays,
from hadron
in-flight decays
before absorption
in the calorimeter
and from punchthrough hadrons
which can be
reconstructed as
muons.
Error bars show
statistical errors
only.
35
proton
proton
Srážky těžkých iontů
Ilustrace dalších vrcholně zajímavých proměnných –
jety a jejich vlastnosti
– dlouhou dobu předpovědi zhášení
(quenching) nebo jiné modifikace jetů
horkým a hustým médiem,
– výsledky experimentů na RHIC:
očekávané/předpovídané
Srážky těžkých iontů
Ilustrace dalších vrcholně zajímavých proměnných –
jety a jejich vlastnosti
– výsledky experimentů
na urychlovači RHIC:
neočekávané
a dosud
nevysvětlené:
„ridge“
= - ln tan( /2),
úhel od osy svazku
Srážky těžkých iontů
Šíření rychlých partonů v médiu
Prvotní
srážka
partonů
Parametry:
Střední volná dráha l,
opacita <n>=L /
transportní koeficient
–přenos
kvadrátu hybnosti na
jednotkovou délku q
Fragmentace
na finální částice
Délka dráhy partonu v médiu L
Různé modely (Baier, Dokschitzer, Mueller, Peigné, Schiff – Armesto, Salgado,
Wiedemann – Gyulassy, Lévai, Vitev – HT: Luo, Qiu, Sterman – Arnold, Moore, Yaffe) ,
používající poruchovou QCD, liší se rolí ztrát ve srážkách s partony média a ztrát
vyvolaných gluonovým „brzdným zářením“.
http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC1
43
Skok v energii, …
…krok do neznáma
Na urychlovači RHIC se srážejí
vstřícné svazky jader zlata (79Au197)
s energiemi 100 GeV + 100 GeV
(ale také protony 250 GeV + 250 GeV)
Na urychlovači LHC se srážejí vstřícné
svazky protonů, plánovaná energie je
7 000 GeV + 7 000 GeV,
plánují se svazky jader olova (82Pb207)
s energiemi 2 770 GeV + 2 770 GeV
3,8 km
27 km
LHC je „náš“ urychlovač, neboť ČR je členskou zemí CERN
a přispívá zhruba 1% do jeho rozpočtu. Čeští fyzikové se účastní několika experimentů
na LHC:
ATLAS
ALICE
CMS
LHCb
+ TOTEM
+ LHCf
Proč na LHC?
ATLAS
Zvláště pro senzacechtivá média: ATLAS = 2900 fyziků z 37 zemí a 172 univerzit
a ústavů, 45m 25 m velký, 7 000 tun vážící, připravený změřit miliardu pp srážek/s ,
vybrat si z nich cca 200 zajímavých/s a zaznamenat je pro analýzu.
Proč se tím zabývat na MFF?
– Fyzika srážek těžkých iontů je jedno z integrujících témat na ÚČJF (experiment +
teorie, jádro + částice).
– Některé otázky jsou přístupné pro bakaláře, magisterští studenti se přirozeně
začleňují do mezinárodní vědecké komunity (Balek–Kosek–Rybář–Spousta)
– Fyzika těžkých iontů
je pokročilá, ale
krásně nehotová
s perspektivou
nových
experimentálních
dat a tím stimulace
teorie.
– Fyzika je tu stále
dobrodružství
poznání.
47
Proč se tím zabývat na MFF?
48
Proč se tím zabývat?
49