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IX Jornadas de Altas Energías
XXXI Reunión Bienal de la RSEF
Granada, Septiembre 2007
Calibración del Momento
de los Muones en CMS
María Cepeda Hermida
M. Isabel Josa Mutuberría
Begoña de la Cruz Martínez
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LHC



Luminosidad nominal: 1034cm-2s-1
Energía en centro de masas: 14 TeV
Bmax=8.3 Teslas
Colisiones cada 25 ns;
100 MB de información
generados en cada colisión
Colisionador Hadrónico:
p-p, p-Pb, Pb-Pb
 Fecha prevista para su puesta en marcha: Primavera 2008
2
(Luminosidad inicial L=1032cm-2s-1)
Compact Muon Solenoid
Espectrómetros de muones
Imán Solenoidal
Hierro de
(4 T) retorno
del campo
magnético
Detector Central
de Trazas
ECAL
(Calorímetro
Electromagnético)
HCAL
(Calorímetro Hadrónico)
Peso total: 12500 Ton
Diámetro:
15 m
Longitud:
21.5 m
3
Campo Magnético: 4 Teslas
Detección de Muones
Uno de los principales objetivos de diseño de CMS.


Señales fáciles de identificar (Hay mas de 10
longitudes de interacción hasta llegar a las cámaras 
solamente s y s)
Presentes en muchos canales de relevancia
física (HZZ4, Z’, física de Bs…)
Sistema de detección de
muones redundante y
eficiente:
Alta resolución en
medida de momento:
~1.5% para 100GeV
4
Detección de Muones (2)
Medida precisa punto paso
del muón (precisión pT)
5
Reconstrucción de muones

La reconstrucción y medida del momento de los muones se lleva cabo en tres
pasos, utilizando toda la información de los subsistemas de detectores de CMS
2. STANDALONE
3. GLOBAL
1. LOCAL
6
Medida del momento de muones
Efectos que influyen en la medida
del momento
 Física de los detectores: Intrínseca,
Multiple Scattering (MS), Pérdidas
de Energía, aparición de impactos
espúreos
 Desconocimiento de la geometría real
del detector (Desalineamiento),
incertidumbres en el Campo
Magnético aplicado
Resolución
p

 kp   
p Total
p
Efectos de resolución y/o escala en la medida del momento de
los muones en el estado final se traducen en incertidumbres en
las cantidades derivadas (p.ej. masa invariante)
7
Calibración

CMS está desarrollando la estrategia a seguir para calibrar el momento
de los muones con los datos, utilizando partículas de masa conocida
como patrón.
Bajo momento: J/, …

Alto momento: Z
Para ello se estan realizando estudios Monte Carlo :
En concreto, este trabajo se centra en la calibración del
momento de los muones utilizando la resonancia J/
8
Producción de J/ en el LHC
Resonancia cc
MPDG=3.0969160.000011 GeV
= 93.4 2.1 keV
Br(J/- +) =5.93%
Dos fuentes:
 Directa (en el vértice primario, ppJ/ X)  P=5.522·107nb
 Indirecta (en vértices secundarios, en un 99% provenientes de
bJ/ X).  NP=5.783·105 nb
Gran estadística ya en los primeros días de toma de datos
L=10pb-1 ( 1 día de toma de datos)  1010 J/
(106 en un rango de  y pt reconstruible por el detector)
Permitirá calibrar la escala del momento de los
9
muones (en su rango más bajo)
Caracterización de la muestra

Estudio con muestras Montecarlo  Generadas con Pythia
Datos
normalizados
para L=10pb-1
Simulación del
paso por el
detector con
GEANT4
Reconstrucción
con el software
oficial de la
colaboración
(CMSSW)
10
BJ/ X
11
Reconstrucción del J/ en CMS

Los criterios de selección para el J/ requieren 2 muones de
pt>3GeV/c con M(2.8, 3.4) GeV
Sucesos/10pb-1
Non Prompt
Prompt
Generados
655·103
Seleccionados
71·103
2843·103
354·103
Resolución en Pt
Resolución en Pt
en función de 
12
Espectros Reconstruidos del J/
13
Estrategia de calibración


La estrategia de calibración del
momento reconstruido se basa en
comparar la masa invariante del sistema
de dimuones con la masa del J/ en el
PDG
Minimizando esta diferencia de masas
en términos 2 para obtener funciones
de correción del momento
Aplicamos el método para corregir los efectos
introducidos por un desalineamiento en el detector
14
Desalineamiento


Una vez el detector funcione a pleno
rendimiento, los sistemas de
alineamiento de CMS proporcionarán
una medida muy precisa de la posición
de cada uno de sus subsistemas.
Pequeños errores en la posición de los
distintos elementos  posibles errores
de medida
A partir de los datos de prueba del
detector (Survey, MTCC), se ha
estimado la magnitud de estos
errores para distintas
luminosidades integradas
 Para L=10pb-1
Detector de Trazas  Error <250m
Muones  Error < 3mm 15

Corrección de Efectos
M=3.11556+0.00007GeV
=0.04212+0.00006GeV
M=3.09801+0.00007 GeV
=0.04151+0.00007 GeV
(Mrec-MPDG)/MPDG=0.04%
(Mrec-MPDG)/MPDG=0.59%
Factores de corrección dependientes de la zona del detector considerada
ptcor = pt + a+ bpt+ cpt2
a (GeV)
b
c (1/GeV)
<0.8
0.0650.006
-0.0230.002
0.00110.006
0.8<<1.3
0.0250.05
-0.0080.002
0.00040.0001
>1.3
0.0100.001
-0.00100.0007
0.000190.00007
16
Resultados
17
Conclusiones





Se ha presentado una estrategia de calibración del
momento de los muones.
Su funcionamiento se ha puesto a prueba sobre muestras
Monte Carlo en el rango más bajo de momentos (con
resonancias J/)
Como primer estudio, se ha tenido en cuenta un posible
desalineamiento de los detectores.
Se ha comprobado que a bajo momento los efectos de
desalineamiento previstos con los datos actuales apenas
influirán en la precisión de nuestras mediciones.
Este método se aplicará a datos experimentales
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Back-Up
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Desalineamiento con Z
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Desalineamiento del Tracker
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