non istrumentato, verranno esposti dettagliatamente nel capitolo 6. Questi effetti introducono delle incertezze sulla conoscenza della corretta energia del jet e inficiano la misura dell’energia dei jet che sar`a conosciuta con una certa risoluzione. Volendo ottenere la corretta sezione d’urto inclusiva dei jet a livello adronico, bisogna allora correggere lo spettro ottenuto dalla misura calorimetrica per l’effetto di allargamento dovuto alla risoluzione (sezione 3.4.3).
Le misure calorimetriche saranno interessate anche dalle particelle prodotte dagli urti dei pro- toni “spettatori”. Questi, pur appartenendo allo stesso pacchetto di protoni di quelli che hanno interagito in modo duro, non hanno partecipato alla produzione di jet. Questo fenomeno `e chia- mato In Time Pile-Up e ha come effetto una produzione maggiore di particelle rispetto a quella dovuta all’interazione di una sola coppia di protoni. Il rilascio di energia di queste particelle peggioreranno la capacit`a di misura dell’energia dei jet.
Oltre all’In Time Pile-Up, la calorimetria di ATLAS sar`a interessata anche dall’Out of Time
Pile-Up. L’alta frequenza di incrocio dei pacchetti di protoni in LHC costringe ad una sovrappo-
sizione dei segnali acquisiti in pi`u eventi. Questo `e dovuto al fatto che l’intervallo tra gli incroci di due pacchetti (25 ns) `e minore del tempo di risposta dell’elettronica di lettura dei sotto-rivelatori. La procedura di ricostruzione dei segnali deve tener conto di questa sovrapposizione e correggere di conseguenza in modo da poter misurare l’energia depositata in un unico evento.
In figura 3.2 `e riportato uno schema con la terminologia e una breve descrizione dei fenomeni che avvengono in un processo adronico. In questo schema sono presenti anche i fenomeni che devono essere corretti nella misura della sezione d’urto per avere una corretta stima (come per esempio il Pile-Up). Nel prossimo paragrafo verranno introdotte le principali procedure e correzioni che portano dalla misura calorimetrica di rilasci energetici alla misura delle sezione d’urto inclusiva dei jet a livello partonico.
3.2
Misura della sezione d’urto inclusiva dei jet
Per poter valutare la sezione d’urto inclusiva dei jet in ATLAS sono necessari alcune procedure di selezione e correzione degli eventi che possono aumentare l’incertezza sistematica della misura. I punti fondamentali verranno elencati di seguito.
Stima della luminosit`a integrata: La misura della sezione d’urto avviene contando il numero di jet prodotti nell’esperimento e dividendo per la luminosit`a integrata corrispondente. L’incer- tezza sulla sezione d’urto sar`a in parte dovuta all’errore nella misura della luminosit`a, in parte alla misura dei jet prodotti. In ATLAS la luminosit`a integrata verr`a misurata attraverso differenti strategie. Uno dei metodi utilizza il teorema ottico per determinare la luminosit`a a partire dalla misura del rate totale di eventi e del rate di eventi elastici in avanti. Questo metodo permetter`a una misura della luminosit`a con un errore di circa 5% [adp99].
Il sistema di trigger: La produzione di jet alla luminosit`a di LHC `e molto frequente. In particolare la frequenza di eventi che dovrebbero essere salvati per poter avere tutti i jet prodotti con impulso trasverso maggiore di 20 GeV/c `e superiore al MHz. Solo una parte di questi dati possono essere salvati (in totale, la frequenza di dati registrabile `e di circa 100 Hz). Data questa
enorme mole di dati, ATLAS ha adottato una serie di trigger per la selezione degli eventi da registrare. I trigger per i jet si basano su soglie su dell’energia misurata nei calorimetri. Per poter stimare l’efficienza dei trigger, verranno utilizzate differenti soglie. Per le soglie pi`u basse (che pi`u frequentemente verranno soddisfatte), verr`a acquisita solo una certa frazione di eventi.
La misura della sezione d’urto inclusiva dei jet pu`o essere condotta solo con la conoscenza dell’efficienza del sistema di trigger. La stima dell’efficienza sar`a una delle cause di incertezza della sezione d’urto, in particolare nella regione di basso impulso trasverso.
Ci sono due metodi principali per la misura dell’efficienza di un trigger di jet. L’approccio pi`u comune `e quello di partire con i jet registrati dal trigger di Minimum Bias (trigger che seleziona un evento da registrare con una frequenza prestabilita indipendentemente dalla caratteristica del- l’evento). Utilizzando i jet nel Minimum Bias `e possibile misurare l’efficienza del trigger per i jet con soglia pi`u bassa. Il passo successivo `e quello di prendere i jet che hanno passato la soglia di trigger pi`u bassa per stimare l’efficienza della soglia subito superiore. Ripetendo il metodo fino all’ultima soglia (la pi`u alta), si ha l’efficienza di ogni singola soglia di trigger.
Il secondo metodo utilizza il metodo del Tag-and-Probe. In un evento registrato, almeno un jet ha passato il trigger. L’efficienza viene stimata indagando se gli altri jet dell’evento hanno passato la soglia di trigger o no. Entrambi i metodi sono stati studiati in ATLAS [lec07].
La selezione degli eventi per l’analisi: Per effettuare la misura della sezione d’urto bisogna selezionare gli eventi “buoni” per l’analisi. La selezione verr`a effettuata attraverso i tagli, per esempio, sulla posizione dei vertici primari e sulla quantit`a di impulso trasverso mancante in un evento.
Sottrazione del Pile-Up: Come descritto brevemente nella sezione precedente, la misura ca- lorimetrica `e inficiata dalla presenza di Pile-Up. Questo fenomeno degrada la misura dell’energia depositata da una jet. Le strategie da adottare per correggere questo fenomeno sono in fase di sviluppo e verranno ottimizzate una volta ottenuti i primi dati.
Calibrazione dell’energia misurata: Gli effetti di non compensazione, crack nei calorimetri, energia persa in materiale senza strumentazione richiedono una strategia di calibrazione (capitolo 6). Se la scala di energia non viene correttamente stimata, la sezione d’urto inclusiva dei jet pu`o essere distorta. L’incertezza sulla capacit`a di ottenere la corretta scala di energia porta ad una incertezza nella misura della sezione d’urto. Questa incertezza, oggetto di studio in questo lavoro di tesi, verr`a maggiormente analizzata in seguito (sezione 3.4.2).
Effetti della risoluzione: La procedura di calibrazione permetter`a di ottenere la corretta ener- gia dei jet con una certa risoluzione. La sezione d’urto ottenuta sar`a la sezione d’urto inclusiva dei jet adronici distorta dagli effetti della risoluzione. Per ottenere la sezione d’urto a livello adronico bisogna allora correggere questi effetti. Un metodo per effettuare la correzione utilizza simulazioni Monte Carlo dell’apparato. Nel Monte Carlo possono essere conosciute sia la sezione d’urto senza l’effetto dello smearing della risoluzione (σ(M C)N O RIS), sia la sezione d’urto con l’effetto della risolu- zione (σRIS(M C)). Attraverso il rapporto di queste due simulazioni possono essere ottenuti pesi da
3.2. MISURA DELLA SEZIONE D’URTO INCLUSIVA DEI JET 47 applicare alla misura per eliminare le distorsioni dello smearing:
CRIS =σ
(M C)
N O RIS
σ(M C)RIS (3.1)
L’incertezza sui coefficienti di correzione CRIS dipender`a dalla precisione con cui `e conosciuta
la risoluzione in energia dei jet. Questa incertezza introduce un errore sistematico che va sommato a quelli precedenti. Questo errore verr`a studiato pi`u approfonditamente nel paragrafo 3.4.3.
La sezione d’urto inclusiva dei jet a livello adronico: L’utilizzo di tutte le procedure di selezione e correzione descritte in precedenza permette di ottenere dalla misura dei segnali calorimetrici la stima della sezione d’urto inclusiva dei jet adronici. Questa sezione d’urto pu`o essere confrontata con la sezione d’urto ottenuta da un programma che implementi al suo interno modelli di adronizzazione e Undeliyng Event (come PYTHIA). La misura sar`a caratterizzata da una incertezza sistematica dovuta a tutte le correzioni precedenti, mentre la stima teorica sar`a interessata da incertezze dovute alle distribuzione partoniche, all’ordine perturbativo del calcolo della sezione d’urto, al modello di adronizzazione e al modello di Undelying Event.
Correzione per effetti legati al confinamento: Per poter passare dal livello adronico a quel- lo partonico nella sezione d’urto inclusiva dei jet, bisogna correggere la sezione d’urto misurata descritta nel punto precedente per gli effetti di adronizzazione e Underlying Event. Queste cor- rezioni introducono ulteriori incertezze sistematiche sulla misura. Metodi per la stima di queste incertezze sono in fase di studio e, in parte, verranno ottimizzati con i primi dati di LHC.
La sezione d’urto inclusiva dei jet a livello partonico: Utilizzando le correzioni per Unde- liyng Event e adronizzazione, la sezione d’urto misurata pu`o essere confrontata con la previsione teorica ottenuta da un Monte Carlo con elementi di matrice al Next to Leading Order. Gli errori nella previsione teorica sono in questo caso dovuti alle distribuzioni partoniche e all’aver terminato lo sviluppo perturbativo dell’elemento di matrice ad un certo ordine. Entrambe queste incertezze verranno analizzate in seguito.
Nei seguenti paragrafi verranno introdotti gli studi effettuati con le simulazioni Monte Carlo per valutare le incertezze delle previsioni teoriche e gli errori sistematici delle misure sperimentali. Per la prima parte di studi (sulle previsioni teoriche) `e stato utilizzato un Monte Carlo con gli elementi di matrice al Next to Leading Order, mentre per gli studi sugli errori sperimentali sono state utilizzate simulazioni ottenute da un generatore di eventi con Parton Shower e adronizzazione. Per verificare la consistenza dei due Monte Carlo, verranno presentati i risultati dei confronti tra le differenti simulazioni.
In fine, sia le incertezze teoriche che gli errori sistematici sperimentali verranno confrontati con l’errore statistico previsto dopo il primo periodo di presa dati di LHC.