Associazione fra insiemi nel TC ed insiemi nella camera

Una volta associati fra loro gli hit prodotti dai positroni nel TC (come descritto nel para- grafo 3.3.2) e quelli nella camera (come descritto nel paragrafo 3.3.3), il terzo passo consiste nel mettere in relazione gli uni e gli altri, cercando di riunire quelli prodotti dallo stesso positrone, che ha attraversato in sequenza entrambi i rivelatori.

Riguardo a questa associazione `e opportuno precisare immediatamente che:

• Non tutte le porzioni di traccia individuate nella camera hanno un corrispettivo nel TC, in quanto le tracce di Michel colpiscono gli scintillatori in media il ≈ 25% dei casi, a causa del raggio ridotto della loro traiettoria, e le tracce di segnale lo colpiscono solitamente dopo il primo o il secondo giro; questo comporta che numerosi insiemi di hit prodotti nella camera a deriva resteranno privi di un insieme corrispondente nel TC. Si noti inoltre che gli insiemi individuati nel TC sono certamente in numero molto inferiore (tipicamente < ₁₀1) di quelli individuati nella camera, anche a causa del fatto che le tracce nella DCH sono ulteriormente divise in porzioni.

• L’associazione DCH-TC verr`a sempre considerata una propriet`a delle porzioni di traccia prodotte nella camera, non di quelle nel TC. Ci`o significa che sar`a possibile avere pi`u porzioni di traccia associate allo stesso insieme di hit nel TC. In altre parole, la funzione che associa gli insiemi della camera a quelli del TC non `e invertibile. Questo serve ad evitare che si commettano errori nei casi in cui il positrone passa nel TC nel momento in cui le tracce sono convenzionalmente divise in porzioni, o in cui due frammenti della stessa porzione non sono stati uniti nelle fasi precedenti e nello spazio fra loro il positrone ha attraversato il TC.

• Ai fini dell’analisi non `e ritenuto vincolante che tutte le tracce nel TC siano associate. In altre parole, la procedura di analisi ammette l’esistenza di tracce individuate nel TC tali che nessuna porzione identificata nella camera risulta associata ad esse. Que- sta scelta deriva dalle caratteristiche del processo di associazione nel TC, come verr`a spiegato nel paragrafo 3.3.6. Conseguentemente, questa scelta render`a necessaria una piccola reinterpretazione riguardo al tipo di errori che si possono commettere. In quest’ultima associazione esistono due tipi di errore, di natura diversa da quelli che riguardano separatamente l’associazione degli hit nei due rivelatori. Chiameremo questi errori “associazioni errate” (wrong matches) ed “associazioni perse” (lost matches). Un’associazione errata viene commessa quando si associa una porzione di traccia nella

camera ad una nel TC prodotta da un positrone diverso. Questo ha per conseguenza l’associazione di un tempo sbagliato al positrone a cui appartiene la porzione di traccia.

Un’associazione persa viene invece commessa ogni volta che non viene associato alcun tempo ad un positrone passato nella camera che aveva colpito anche il TC. Questo avviene per ogni positrone che ha prodotto hit nel TC, ma per il quale nessuna porzione di traccia nella camera risulta associata ad essi. In altre parole, il numero di associazioni perse `e zero se, per ogni positrone che ha colpito il TC, si `e individuata almeno una traccia nella camera ad esso associata.

Una spiegazione sul modo in cui questi errori vengono valutati e sulla qualit`a dell’associa- zione fra camera e TC sar`a fornita nel paragrafo 3.3.6.

La procedura di associazione fra TC e DCH ha anche una logica leggermente diversa dalle precedenti. Infatti, sia per il TC che per la camera, esisteva una sequenza di selezioni che serviva a rimuovere progressivamente gli errori di tipo 1 e 2 “spostando” gli hit fra i gruppi. In questo caso, invece, ogni selezione ha il compito di creare una relazione fra i gruppi di hit nei due rivelatori, e l’ordine con cui esse vengono eseguite `e dovuto alla loro efficacia: prima la migliore, poi la peggiore. In altre parole la seconda selezione viene applicata solo agli insiemi individuati nella camera che non sono stati associati ad una traccia nel TC dalla prima selezione (che `e pi`u affidabile).

La figura 3.17 mostra un esempio di associazione (priva di errori di entrambi i tipi) fra hit nella camera ed hit nel TC, per un evento con σz = 1 cm.

Figura 3.17: Esempio di associazione (priva di errori di entrambi i tipi) fra hit nella camera ed hit nel TC, proiettata sul piano (z, x), nel caso σz = 1 cm. Evento formato da una traccia

di segnale e 4 tracce di Michel. I puntini rappresentano gli hit nella camera, le crocette quelli nel TC. I punti neri sono quelli non associati a nessuna traccia nel TC; le crocette nere sono quelle ai quali non `e stata associata nessuna porzione di traccia della camera. Le crocette colorate sono quelle a cui `e stata associata almeno una traccia nella camera, i punti colorati dello stesso colore sono quelli appartenenti a tutti gli insiemi nella camera associati a quella traccia nel TC.

Prima selezione: metodo dell’estrapolazione

Il primo metodo d’associazione fra insiemi nel TC ed insiemi nella camera si basa su una tecnica simile a quella discussa nel paragrafo 3.3.3, per l’estrapolazione dai frammenti, senza, tuttavia, utilizzare matrici.

Un’operazione preliminare, necessaria per questa selezione, `e il calcolo del campo magnetico BJ nel punto medio di ogni insieme UJ corrispondente ad una traccia J individuata nel

TC.

Anzitutto, si selezionano tutte le porzioni di traccia della camera sulle quali sono stati eseguiti con successo i fit e tali che

2(ri+ 2σ_ri) ≥ 30 cm (3.14) dove 30 cm corrisponde al raggio complessivo della camera. Se l’associazione degli hit nella camera non contiene errori, le porzioni di traccia che rispettano la (3.14) sono le uniche porzioni che possono aver colpito il TC; infatti ogni circonferenza descritta sul piano (x, y) dal positrone `e idealmente tangente al punto (0, 0), per cui la massima distanza raggiunta dall’asse del fascio `e il diametro 2ri_{. Se questa distanza (considerando anche il contributo}

per far uscire il positrone dalle pareti esterne della camera, la porzione viene ignorata da questa selezione.

Per ogni porzione di traccia i della camera che verifica la (3.14), si esegue un confronto con tutte le tracce J individuate nel TC. Anzitutto si verifica che la distanza fra uno dei due punti estremali del gruppo UJ del TC ( ˆXUJ, ˆYUJ, ˆZUJ)R,L (gi`a calcolati durante

la seconda selezione dell’associazione degli hit del TC) e uno dei due punti estremali del gruppo ui della camera (xi, yi, zi)m,M sia minore del parametro di analisi MAXDISCYLTC. I

punti (xi, yi, zi)m,M sono cos`ı definiti:

xi_m,M = xi₀+ ricos(φi_m,M) yi_m,M = y₀i + risin(φi_m,M) zi_m,M = z(φi_m,M)

Naturalmente la scelta fra R ed L e fra m ed M `e tale da considerare i due estremi pi`u vicini fra loro.

Per ogni coppia (i, J ) che rispetta questo controllo, basato esclusivamente sulla distanza, si calcola la quantit`a

χ2_iJ = χ2(r)iJ + χ2(φ)iJ

dove i termini χ2_(r)

iJ e χ2(φ)iJ sono molto simili a quelli che entrano nella 3.13. In

particolare χ2(r)iJ = 1 η_J X HK∈UJ (ri√Bi− rK √ BJ)2 σ2 r(K)

dove rK rappresenta la distanza fra il centro (xi0, y0i) e le coordinate (XK, YK) dell’hit HK

nel TC appartenente ad UJ e ηJ indica la dimensione dell’insieme UJ. Anche in questo

caso σ_r2(K) `e la varianza del numeratore, calcolata per ogni HK con la propagazione degli

errori. Si noti che il campo BK della posizione di HK `e approssimato con quello del punto

medio BJ perch´e sulle dimensioni tipiche di una traccia nel TC (< 10 cm) le variazioni del

campo magnetico sono praticamente trascurabili. Inoltre χ2(φ)iJ = 1 ηJ X HK∈UJ ( ¯φi_K− φi K)2 σ_φ2(K)

dove φi_K `e l’angolo formato dalle coordinate (XK, YK) dell’hit HK nel TC appartenente ad

UJ calcolate rispetto al centro (xi0, y0i) e ¯φiJ rappresenta l’angolo estrapolato a partire dal

fit del gruppo ui, ovvero:

¯

φi_K = hφii+ ˜mi_J(ZK− hzii)

dove ˜mi_J = mi·BJ

Bi. Anche in questo caso σ

2

φ(K) `e la varianza del numeratore, calcolata al

variare di HK, e BK `e approssimato con BJ.

χ2_iJ; se il minimo χ2_iJ cos`ı individuato `e < del parametro MAXCHISQCYLTC essa viene poi associata ad i. Si noti come con questo metodo, come gi`a anticipato, una porzione di traccia della camera pu`o essere associata ad un solo insieme nel TC, ma ogni insieme nel TC pu`o essere associato a pi`u porzioni nella camera.

Si noti anche come il principio sul quale `e basata questa selezione sia molto simile al caso dell’estrapolazione col metodo del minimo χ2: non vengono infatti considerate le singole coordinate degli hit appartenenti agli insiemi ui della camera, ma soltanto le caratteristiche

direzionali della porzione dedotte dai fit. Anche in questo caso, quindi, si usa un’interpre- tazione “astratta” degli insiemi. Come si potr`a vedere, lo stesso non vale per la seconda selezione.

Seconda selezione: metodo della minima distanza

La seconda selezione non viene eseguita sui gruppi nella camera che sono gi`a stati associati tramite la prima selezione. Nella situazione ideale questa selezione non dovrebbe quindi mai avere successo, ma si verifica “sperimentalmente” che essa interviene sempre pi`u fre- quentemente al crescere di σz.

Se una porzione di traccia della camera non `e stata presa in considerazione nella prima selezione significa che il suo fit era inesistente, non valido o che il raggio stimato con esso era troppo piccolo. D’ora in avanti non si far`a alcuna distinzione fra questi tre casi, cio`e si supporr`a di non disporre di alcuna informazione direzionale sui gruppi ui della camera che

verranno considerati in questa selezione. Si noti in particolare che quest’assunzione verr`a applicata anche agli insiemi per i quali i fit esistono ma che hanno ri troppo piccolo. Sugli insiemi che verranno considerati `e quindi possibile una sola assunzione, che la loro dimensione ϑi sia > MINPFORCIRC, perch´e altrimenti gli hit ad essi appartenenti sarebbero

stati deassociati. Ordiniamo allora gli hit in ordine crescente di |z| e selezioniamo i primi MINPFORCIRC hit formando un sottoinsieme; calcoliamo poi le coordinate medie di questo sottoinsieme indicandole con (ˆxui, ˆyui, ˆzui). Tali coordinate costituiscono una stima ragio-

nevole della posizione del punto estremale del gruppo. Si procede quindi al confronto con gli insiemi del TC:

• Se la porzione di traccia si trova nella met`a della camera con z > 0, si calcola la distanza di (ˆxui, ˆyui, ˆzui) da tutti i ( ˆXUJ, ˆYUJ, ˆZUJ)Ltali che ( ˆZUJ)L> ˆzui.

• Se la porzione di traccia si trova nella met`a della camera con z < 0, si calcola la distanza di (ˆxui, ˆyui, ˆzui) da tutti i ( ˆXUJ, ˆYUJ, ˆZUJ)Rtali che ( ˆZUJ)R< ˆzui.

Fra le distanze calcolate per ogni ui da tutti gli UJ si sceglie la pi`u piccola; supponiamo

sia la K; se questa risulta < del parametro MAXDISUNFITTED la traccia K nel TC viene associata alla porzione i nella camera che stiamo considerando.

Si noti che questa procedura permette di associare solo tracce nel TC che si trovano a z pi`u lontane dal bersaglio rispetto alla porzione nella camera. La sequenza `e quindi fissata:

spostandosi da z = 0 verso le estremit`a il positrone deve attraversare prima la camera, poi il TC. Se, in un secondo momento, esso rientra nella camera, la seconda selezione non per- mette l’accoppiamento, mentre la prima selezione s´ı, in quanto essa non opera distinzione sull’ordine in |z| degli insiemi.

Il secondo metodo di associazione `e, com’`e facile intuire, molto meno efficace ed assai pi`u soggetto ad errori rispetto al precedente, per cui `e necessario scegliere tagli molto severi per poterlo utilizzare. Tuttavia, se gli eventi sono poco affollati ed il numero di tracce che colpisce il TC `e basso, la differenza di qualit`a fra i due metodi non risulta determinante ai fini della bont`a dell’analisi. Come si vedr`a infatti nella sezione 3.3.6, un calo anche marcato della qualit`a dell’associazione degli hit nella camera a deriva non ha, come conseguenza, una variazione altrettanto marcata del numero di errori nell’associazione fra DCH e TC. La tabella 3.6 riassume i parametri usati nell’intero processo di associazione degli insiemi fra camera a deriva e TC.

Tabella 3.6: Parametri utilizzati per l’associazione degli insiemi fra camera a deriva e TC Parametro σz= 1 cm σz = 5 cm σz = 10 cm

MAXDISCYLTC 35 cm 30 cm 25 cm

MAXCHISQCYLTC 30 30 30

MAXDISUNFITTED 15 cm 14 cm 15 cm