Nella simulazione di un rivelatore complesso come BABAR si possono distinguere tre fasi principali:
1. Generazione del processo fisico usando le ampiezze del processo calcolate da un modello teorico o parametrizzate empiricamente. In questa fase vengono calcolati impulsi e posizioni delle particelle al punto di interazione. Queste informazioni si chiamano comunemente “verit`a MonteCarlo”.
2. Propagazione delle particelle nel rivelatore, che tiene conto dei possibili decadimenti delle particelle e di tutti i processi fisici di interazione col materiale del rivelatore, dalla perdita di energia per ionizzazione alla formazione di coppie. Per garantire la necessaria accuratezza il rivelatore `e descritto in grande dettaglio.
3. Simulazione della risposta del rivelatore al passaggio delle particelle, che tiene conto delle caratteristiche di rivelazione del dispositivo e dell’elettronica di lettura. In questa fase vengono prodotti dati in tutto e per tutto simili a quelli acquisiti sul rivelatore durante la presa dati.
3.7 La simulazione MonteCarlo 64 La fase 1. viene realizzata con generatori scritti appositamente a seconda del processo di interesse, come EvtGen [16] e JetSet [19]. Le fasi 2. e 3. utilizzano il pacchetto GEANT4 [4], molto utilizzato in esperimenti delle alte energie ed in altri campi, che permette una descrizione molto accurata del rivelatore.
Da questo punto in poi i dati provenienti dalla simulazione subiscono lo stesso tratta- mento dei dati provenienti da un evento reale. Le informazioni in uscita dal detector sono propagate attraverso l’intera catena di ricostruzione e successivamente memorizzate, come se fossero relative ad un evento reale.
I dati memorizzati provenienti da una simulazione MonteCarlo forniscono una descri- zione della risposta del detector ad un dato processo fisico e possono essere quindi utilizzati per testare e ottimizzare le varie tecniche di analisi.
Capitolo 4
La selezione degli eventi
Questo capitolo costituisce la prima parte del lavoro che ho svolto per questa tesi e consiste nella selezione degli eventi di segnale D0 (D0) → K0
S h
+ h−, h = K, π per la misura dei
parametri del mixing xD e yD. Sono descritti gli studi sui tagli impiegati per la selezione
degli eventi dal campione di dati utilizzato e il risultato della selezione sugli eventi Mon- teCarlo. Sono descritte le categorie per la classificazione degli eventi ed infine `e riportato lo studio sulla correlazione tra le variabili mD0 e ∆m.
4.1
Il campione di dati utilizzato
In questa analisi si utilizzano i dati raccolti dal rivelatore BABARin 5 periodi di presa dati (Run 1, 2, 3, 4, 5) corrispondenti ad una luminosit`a integrata di 384.1 fb−1. Gli eventi di segnale vengono selezionati utilizzando la produzione di D∗
in e+e−
→ c¯c ed i successivi decadimenti D∗+
→ D0 π+, D∗−
→ D0 π−
. Questo metodo permette, rispetto ad una selezione diretta del solo D0, di ottenere un campione particolarmente puro, grazie all’uso della differenza di massa ∆m = mD∗ − m
D0 ed inoltre permette la determinazione del
flavour del D attraverso l’osservazione della carica del π. Tenendo conto dei branching ratios e delle sezioni d’urto riportate in Tabella 4.1, il numero di eventi di segnale che ci aspettiamo nel campione complessivo `e di circa 3 × 106 per il canale di segnale D0
(D0) → KS0π
+π−
e 5 × 105 per il canale di segnale D0 (D0) → KS0K
+K−
, su un totale di 1.7 × 109 eventi. Dal momento che la selezione e la parametrizzazione degli eventi non dipendono dal flavour del D, d’ora in poi quando ci si riferisce al canale di segnale D0 →
KS0 h
+ h−
, si comprende anche il decadimento D0 → KS0 h
+ h−
.
Per lo studio del fondo, la selezione degli eventi e la parametrizzazione delle distribu- zioni delle variabili nelle categorie di fondo e di segnale sono stati utilizzati eventi generati dal MonteCarlo ufficiale dell’esperimento. Sono stati simulati i processi e+e−
→ τ+τ−
, e+e−
→ q¯q dove q = u, d, s, c e e+e−
→ Υ (4S). La Υ (4S) decade in circa la met`a degli eventi in B0B0 e nell’altra met`a in B+B−
. Gli eventi del primo tipo sono contenuti nel campione B0B0bar e quelli del secondo tipo nel campione BpBm. Gli eventi in cui q = u, d, s sono raccolti in un unico campione (uds), separato da quello che contiene gli eventi in cui
4.1 Il campione di dati utilizzato 66 canale valore σ(bb) 1.1 nb σ(cc) 1.3 nb σ(uds) 2.09 nb σ(e+e− → D∗± X) 580 ± 70 pb [7] BR(D∗+→ D0π+) (67.7 ± 0.5) 10−2 [22] BR(D0 → KS0π +π− ) (2.90 ± 0.19) 10−2 [22] BR(D0 → K0 SK+K − ) (4.58 ± 0.34) 10−3 [22] BR(KS0 → π + π− ) (69.20 ± 0.05) 10−2 [22]
Tabella 4.1: Valori delle sezioni d’urto e dei branching ratios relativi ai processi rilevanti di fondo e di segnale.
q = c (ccbar). Infine gli eventi generati e+e−
→ τ+τ−
sono contenuti nel campione tau. Il numero di eventi di fondo generati e la luminosit`a corrispondente sono riportati in Ta- bella 4.2.
campione eventi luminosit`a ( fb−1)
B0B0bar 567.3M 1031.4
BpBm 574.6M 1044.7
uds 775.8M 371.2
ccbar 783.3M 602.5
tau 325.8M 366.0
Tabella 4.2: Numero di eventi di fondo generati nei diversi canali e corrispondenti luminosit`a integrate.
La simulazione MonteCarlo degli eventi di segnale consiste nel simulare un’interazione e+e−
→ cc in cui un quark charm `e rivestito come D∗
che segue la catena di decadimento di segnale, mentre l’altro quark charm `e lasciato libero di decadere in qualsiasi canale. Le particelle che provengono dai decadimenti del quark charm non di segnale fanno parte del “resto dell’evento”. Il campione che contiene questi eventi `e chiamato signal. In Tabella 4.3 sono riportati i valori del numero di eventi di segnale simulati nei due canali di segnale e le corrispondenti luminosit`a integrate, calcolate a partire dal numero di eventi generati, secondo la formula:
Nevt= σevt·L (4.1)
dove Nevtrappresenta il numero totale di eventi e σevt`e la sezione d’urto totale del processo
in questione. `
E necessario sottolineare come anche gli eventi contenuti nel campione signal possano costituire un fondo quando sono malricostruiti. Ad esempio pu`o accadere che un pione ap- partenente al resto dell’evento venga riconosciuto come un pione figlio del K0
S. Per essere