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					Calorimeter simulation at Kobe

         Kobe university
         Yusuke Nagaso
              目標
               大目標
PFAでジェットのエネルギー分解能をあげる。

              中期目標
ジェットを入射をさせて、荷電粒子と中性粒子を分離するための
アルゴリズムを考え出す。

             最初の目標
まず、1粒子入射におけるクラスタリングについて考える。
                  simulation setup
•   ECAL(W3mm+scinti2mm)x30Layers 26Xo
•   HCAL(Pb20mm+scinti5mm)x50Layers 6interaction length
•   Scinti cell size 1cmx1cm
•   Cross section 2mx2m (40000 cells/layer)

• 磁場は3T(x方向)
                                                   ECAL      HCAL
                                                   30Layer   50Layer
Simulator                                     2m
• Geant4.6.2                Particle
• Range cut: 50 μm               ◆        2m
                                                                             模式図
• Hadron physics list
    – Hadron Physics LHEP              2.1m                        y x
                                                        座標の設定
                                                                         z
    イベントディスプレイ
pi0のイベント(10GeV)   jetのイベント(uubar500GeV)
     各セルに落ちたエネルギー分布
        (range cut依存性)
■e- 4GeVを入射させたときに
各セルに落ちたエネルギーの分布
がGeant4のrange cutに
依存している

■0.1MIP以上のエネルギーデポジット
のあるセルをヒットセルとする。




                                mip(0.31MeV)




              0.1MIP

                       横軸: 各セルに落ちたエネルギー(MeV)
                       縦軸: カウント(個)
      クラスタリングアルゴリズム
まず電子入射イベントに対するアルゴリズムを開発する
■ ヒットセルの中で最大のエネルギーデポジットのあるセルを選ぶ。
■ そのまわりの3次元的に「隣接した」ヒットセルをつなげてクラスターを作る。
■ 残ったセルを使って同じことを繰り返す。

  1イベントにおけるクラスター数(左)と
  1番大きなクラスターが全エネルギーに対して占める割合(右)



                          直接隣接しているものだけを
                          つなげた場合

                          ひとつ隙間があっても許した場合



                          single particle を入射しているのに
                          たくさんクラスターができる
              グッドクラスターの定義
下のエネルギーデポジットとセル数の相関図より
両方が8以上のものをグッドクラスターとする。
→
右の図のように1イベントにつきクラスターの数がほぼ1個になった。



      クラスターのエネルギーデポジットとセル数の相関




        この部分の詳細化
                                     カットする


   横軸: クラスターのエネルギーデポジット(MeV) 縦軸: クラスターのセル数
                   π0イベント
                                     2つのクラスターの相関

π0→2ガンマの反応に対して、クラスタリングを行う。
                                     1GeV            2GeV
2つのクラスターからπ0の質量を再構築できれば、
アルゴリズムの信頼性があがる。

■π0 を4つのエネルギーで入射させたイベント

■入射エネルギーが大きくなるとシャワーが重なり
相関に影響を与える。

                                     5GeV           10GeV




10GeVは、クラスターが一つと認識してしまい
π0再構築できない

                             横軸:最大クラスターのエネルギーデポジット(MeV)
                             縦軸:2番目に大きなクラスターのエネルギーデポジット(MeV)
           π0入射のイベント
■ π0の10GeVのイベントについて、
2つの大きなクラスターができずに、ほぼ
1つのクラスターしかできていなかったが、
イベントを実際に見てみると2つのクラスターに
分離できそう




クラスターを分離するアルゴリズムを考える。
        今考えているアルゴリズム
                                       各層の断面図         ピークセル
シャワーが重なっているが、分離可能な
クラスターに対するアルゴリズムについて
以下のように考える。

•   先ほどのアルゴリズムで作ったクラ
                                                 ピークセルではない
    スターについて、各層においてピー
    クセルを探す
ピークセル・・・各層において、自分のまわりに一つ以上ヒットセルを
持っていて極大であるセル

2. 各層のピークセルをつなげる

3. つなげたピークセルについて、
  最小2乗法により直線を求める

4. その直線と各層のヒットセルとの距
   離をみて、クラスターを形成する


     まだ、完成していない!

                                   横軸: x座標 縦軸: y座標
  ハドロンシャワーに対するクラスタリング
π-の入射に対してe-に適応していたアルゴリズムを使ってクラスタリングを行う
→下の図より、今のアルゴリズムではπ-を再構築できない
                        最大クラスターが全エネルギー
   クラスター数の分布
                        にたいして占める割合
     クラスターのセル数とエネルギーデポジットの相関

                                            ■1GeV,2GeVに関しては磁場なし
           1GeV                  2GeV


                                ・ π-
                                ・ e‐




            5GeV                10GeV




                                 拡大

この部分はたぶんπ-から
protonがとまる前に落としたエネルギーだと   横軸: deposit energy in one cluster (MeV)
現段階では解釈している(今度究明)         縦軸: number of cells in one cluster(個)
π-10GeV




          y
      x
              z
          まとめと今後の展望

•   single particleを入射したときのクラスタリングを行った。
•   electronを入射させたときはほぼ、1クラスターとみなせている。
•   π‐を入射させたときには、クラスターが複数できる。
•   π0において、高確率で2クラスターとみなせるようなアルゴリズムを考えていく。
•   他粒子のクラスタリングを行い、クラスターとトラックとの対応付けをしていく。
•   最終的には、ジェットイベントを扱う。
ECAL部分はどのようになっているか?

■10GeVのイベントを
ECALに落ちたエネルギーと
HCALに落ちたエネルギーに分けた                                              ・ π-
                                                               ・ e‐




      π-がECALの部分で
      反応せずに進んだものだと思われる
                         横軸: deposit energy in one cluster (MeV)
                         縦軸: number of cells in one cluster (個)

				
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posted:5/19/2013
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