Ejercicio: Identificación y medida de la masa del mesón J/ Ψ

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Ejercicio: Identificación y medida de la masa del mesón J/Ψ

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Ejercicio: Identificación y medida de la masadel mesón J/Ψ

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El mesón J/Ψ

• Objetivo del ejercicio: identificación de partículas J/Ψ y medida de su masa visualizando colisiones registradas por el detector CMS

Un poco de historia sobre el mesón J/Ψ ...

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Predicción de la existencia de un cuarto “quark”

ccuu

dd ss ννeeννee ννμμννμμ

e-e-µ-µ-

(Glashow, Iliopoulos, Maiani)

El modelo Estándar en 1970

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Descubrimiento del quark “charm” (encanto)

Noviembre de 1974:

Descubrimiento de un estado ligado cc en dos experimentos independientes

'Psi' en SLAC (Burt Richter)

'J' en Brookhaven (Sam Ting)J/ (psi)

Masa J/Ψ= 3.097 GeV/c2

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La partícula J/ no es estable

Se desintegra rapidísimamente (vida media ~10-20 s) en partículas más ligeras, que a su vez se pue-den desintegrar si no son estables.

Nosotros observamos las partículas que viven un tiempo suficiente para poder ser registradas por el detector

J/ Hadrones (combinaciones de quarks)

J/ e+e

J/ +

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Reconstrucción de la partícula J/

p p

Q(+) = +1

Q() = 1 Q(J/ )= 0

pJ/ = p+ + p-

EJ/ = E+ + E-

Leyes de conservación de la energía y el momento lineal:o La suma de los momentos de las partículas finales es igual al

momento de la partícula inicial o La suma de las energías de las partículas finales es igual a la

energía de la partícula inicial

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Mecánica relativista

Mecánica clásica (I. Newton)

Mecánica relativista (A. Einstein)

Momento: p = m v

Energía: E = ½ m v2

Momento: p = m v / (1-2)½ = v/cEnergía: E = [p2c2+m2c4]½

Energía y mas son equivalentesmJ/ = (E2J/ p2

J/ c2)½ / c2

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Reconstrucción de Muones

x

Reconstrucción en el detector de trazas Tracker Muon

Reconstrucción en el detector de muonesStandAlone Muon

Junto los dos trozos Global Muon

x

x

x

xx

x

x

x

x

x

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Un suceso real de producción y desintegración de J/Psi

Dos muones, de carga opuesta

Vista perpendicular al campo magnético

Detectados en las tapas del detector de muones

Vista paralela al campo magnético

F = q·(vB)=mv2/

mv = p = q B

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Identificación de muones

• Analizaremos colisiones seleccionadas con dos muones

• Condiciones para identificar un J/Ψ en una colisión:• Dos trayectorias de muones de cargas

eléctricas opuestas • Calidad de la trayectoria reconstruida de

los muones (global/tracker/standalone)

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Muones con cargas opuestas

• Para ser un posible candidato a J/Ψ, la colisión debe contener dos trayectorias de muones de cargas eléctricas opuestas

• Las dos trayectorias deben curvarse en distintas direcciones dentro del imán solenoidal

• Para determinar la carga de la partícula utiliza la proyección X-Y en el visualizador de colisiones

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Muones con cargas opuestas

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Calidad de la trayectoria del muón

• Si dos muones pasan la prueba de la "carga", entonces evalúa la probabilidad de tener un candidato J/Ψ calificando cada una de las trayectorias de los muones• Cada muón muestra una trayectoria

llamada "muon global"• Hay también muones reconstruidos sólo en las

cámaras de muones y sólo en el tracker

• La trayectoria no está estrechamente relacionada con un "jet" (chorro de partículas que aparece como un cono en el visualizador)

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No vemos quarks, vemos jets

jet 1

jet 2

q

q

La fuerza fuerte confina a los quarks.

Experimentalmente vemos jets (chorros) de partículas

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Muones dentro de jets

• Los jets pueden contener muones• No es lo que estamos buscando

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Par de muones dentro de jet

• No todos los pares muon-antimuon provienen de un J/Ψ

• Un jet puede incluso contener un J/Ψ

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Muones de la desintegración de piones y kaones

• Hay otras partículas que se desintegran en muones, por ejemplo los mesones K y π

• Los mesones K y π tienen una vida media relativamente larga (~10-8 s) y algunos pueden viajar ~metros antes de desintegrarse, de modo que el muon no proviene del vértice de la colisión

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J/Ψ aislado

• Buscamos esto

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Ejemplo de J/Ψ

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Puntuación de candidatos a J/Ψ

• Puntúa los candidatos• 0: (ninguna posibilidad,

p.e. cargas iguales)• 1: Seguramente no• 2: Quizás sí• 3: Seguro que sí (p.e., dos

muones globales de cargas opuestas)

• Introduce tu valoración en la hoja de cálculo

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Analicemos las colisones!!!

• Cada grupo de dos analizará 100 colisiones• Establece los criterios de puntuación (0-3)• Discute con tus compañeros, pregunta a los

físicos• Al finalizar, cuenta el número de sucesos en

cada categoría, compara con otros grupos. Si los números son muy diferentes, discute tus criterios y mira si alguien necesita hacer un ajuste

• Diviértete!• Vamos ahora a aprender a usar el

visualizador de colisiones