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J/ψ 粒子の質量測定実験Ⅲ素粒子テーマ 7 回目

Z 粒子の質量測定　復習 いかに Z 粒子事象を残しながらバックグラ

ウンドを落とすかを考えた。

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Z 粒子のピーク

Z 粒子以外のバックグラウンド

CDF でよくやるスタンダード・カット double fIso1 = Iso1 / P1;

double fIso2 = Iso2 / P2;

bool cut1 = (fabs(Zvert)<60.);

bool cut2 = (Q1*Q2<0);

bool cut3 = (Em1<2.);

bool cut4 = (Em2<2.);

bool cut5 = (Had1<6.);

bool cut6 = (Had2<6.);

bool cut7 = ((fabs(Dxu1)<2)&&(fabs(Dxu2)<2));

bool cut8 = ((fabs(Dxp1)<5)&&(fabs(Dxp2)<5));

bool cut10 = (fIso1<0.05)&&(fIso2<0.05);

bool cut11 = (Pt1>20.&&Pt2>20.);

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J/ψ 粒子 メソン（素粒子ではない）

c クォーク・反ｃクォークの束縛状態 主に電磁相互作用でレプトン対またはクォーク

対に崩壊 Br(J/ψ→μ+μ-)~6% Γ ＝ 1/τ~93 keV cτ~2.1pm τ~0.7x10-20s

μμ +

μμ -

J/ψcc

ccγγ

J/ψ 粒子の質量測定

解析全般が、基本的には前回で出来ている。 ただし、以下の点に注意、改変する。

Pt のカット： Z 粒子 (m 〜９０ GeV) と比べて J/ψ 粒子（ m 〜 3 GeV) は軽い。→ 　前回よりも低い運動量のミューオンを測定する必要がある。

Isolation のカット： J/ψ 粒子崩壊でできるミュー粒子はZ 粒子の場合ほど Isolate してない。→ Isolation のカットを緩めるか、はずしてみる。

Dxu 、 Dxp のカット：運動量の低い粒子に対しては多重散乱による軌道の変化が無視できない。カットを緩める必要有り。

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Isolation のカット μ 粒子が周りの粒子からどのくらい

「孤立」しているか η-φ 平面内で ΔR=√(Δη2+ Δφ2) ＜０．４の

コーンの中に入ってくるエネルギーの内μ 粒子の分を除いたもの , 　　 η=-ln tan(θ/2)

Isolation が大きい場合 ジェットの中に含まれるハドロンを μ 粒

子と間違えた ジェットの中に含まれるハドロンが崩壊

して μ 粒子となった

μ

J/ψ 粒子崩壊でできるミュー粒子は Z 粒子の場合ほど Isolate していない。

→ Isolation のカットを緩めるか、はずしてみる。

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多重散乱

荷電粒子が物質中を通過する場合，クーロン力による多重散乱で軌道が曲がる

z: charge number of the injected particle

多重散乱によるミュー粒子軌道の曲がり

CDF の物質は、主に鉛と鉄で、５ m ほどの厚さ。

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運動量　 30-40 GeV 　→　数 mm (Z 粒子崩壊のミュー粒子 )運動量 1 GeV 　→　数 cm (J/ψ 粒子崩壊のミュー粒子 )

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ミューオン検出器

ハドロンカロリメータ

電磁カロリメータ

ソレノイド電磁石粒子飛行時間測定器

ドリフトチェンバー

シリコン飛跡検出器

衝突点

粒子の同定，電荷・運動量の測定

最小電離作用のみ

電磁シャワー横方向消失エネルギー

ハドロンシャワー

CMU

CMP

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μ 粒子検出器

鉄シールド

CMP

CMUDXU

DXP

運動量小 運動量大

DXU, DXP 分布

多重散乱による軌跡の曲がり : Δx 1/p∝

運動量 1 GeV 　→　数 cm (J/ψ 粒子崩壊のミュー粒子 )　　 |Dxu|<2cm のカットはキツすぎるか？

J/ψ の質量測定ーヒント　

myZmass.C 中、 TH1F *h_ZmassF = new TH1F(“h_ZmassF”, “Z mass in GeV (w/CUT)”, 50, 40, 130);

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ヒストグラムの横軸上限

ヒストグラムの横軸下限

ヒストグラムの bin 数

MJ/ψ ～３ GeV のまわりを詳しく見れるように上下限を設定しなおす。フィット範囲についても同様。

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解析結果を得る ガウス関数でフィットする 測定結果の中心値

ピークの位置 測定結果の誤差

ガウス分布（標準偏差 σ ）する変数を N サンプル取ってきたとき，その中心値がもつ誤差： σ/√N

世界平均の値 3.096916±0.000011GeV とのずれは , 統計によるゆらぎの範囲内か？ 統計によるゆらぎ ( ガウス分布の場合 )

1σ 以内 ~68% 2σ 以内 ~95% 3σ 以内 ~99.7%

Dxu ・ Dxp のカットに関するヒントJ/ψ 解析の時には、教科書に載っている Δ ｘのカットはきつ過ぎる。以下のコマンドを各自 ROOT で実行し、分布を見ながらカットを決めるべき。TFile f("/home/wmass/mumu2.root");

TTree *t = (TTree *) f.Get("ZMASS/h1");

t->Draw("Dxu1", "Dxu1!=0&&abs(Dxu1)<50");

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カットに関するヒント (2)

カットをキツくしてみたときに、 S/B が大きくならない　→　そのカットは効いていない。　→　カットをはずすか緩めるべき。

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バックグラウンドの高さ B

信号の高さ S

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Ntuple データを使った解析 Ntuple データの変更

myZmass.h TFile(“/home/wmass/mumu1.root”) のところ mumu1.root （ Z 粒子データ）→ mumu2.root （ J/ψ デー

タ） 事象選択．カット値の変更

myZmass.C (CUT 条件 ) μ 粒子候補の横方向運動量 PT のカット値 DXU ， DXP のカット値 Isol (Isolation) のカット値

不変質量分布プロットの範囲変更 ガウス関数フィットの範囲指定

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Fe/Cu データの解析 Fe/Cu データの解析は、今回と次回の 2 回で各自

時間配分を考えて行うこと .

Z(Fe) ＝２６ , Z(Cu)=29 Z が大きいので μ- の原子核捕獲の影響が大きくな

る μ- の見かけの寿命が短くなる . ref. Zal=13

ストッパー（アルミ，ステンレス , 銅）の厚さ ,シンチレータのサイズなどは , 実験条件として記録しておくこと .

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今後の日程 1 月 9日（水）第8 回：データ解析、グループ内議論

1 月 11日（金）第9 回：発表会 発表会は、全員がそれぞれ５～１０分くらい話すように、

やった内容を班ごとに分割すること。 1 月 25日（金）レポート締切

提出先：自然学系棟D208 ( 内線 4270) 　 D208室内テーブル上の実験 III 用レポート提

出 BOX 今回と来週は、 μ 粒子の寿命と、 Z ・ J/ψ 質量の解析をまと

める。 各自時間は自由に使ってよい。

レポートに関する注意事項

手書き・ワープロどちらでもよい。 自分の言葉でやったことを纏めること。 以下は大幅減点の対象とする。

テキストの丸写し 友達・過去のレポートを丸写し

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第1 回 (12/5/水 ) ：素粒子物理概説， μ 粒子寿命測定法，　　　　同軸ケーブルとインピーダンス， NIM モジュールの機能．第2 回 (12/7/金 ) ：シンチレーション・カウンターの理解，ＨＶカーブの測定．第3 回 (12/12/水 ) ：タイミング・カーブの測定第4 回 (12/14/金 ) ：寿命測定回路のセットアップ，寿命データ収集開始 (Al)第5 回 (12/19/水 ) ： [ データ収集継続 (Al)] UNIX 入門， PAW を用いた μ 粒子寿命

測定　データの解析法

第6 回 (12/21/金 ) ： [ データ収集継続 (Fe)] Z 粒子質量測定法概説， CDF 検出器の概説，

Event display ， Z 粒子の質量第7 回 (12/26/水 ) ： [ データ収集継続 (Fe)] 軽い粒子 (J/ψ) の質量第8 回 (1/9/水 ) ：データ解析とグループ内でのまとめ第9 回 (1/11/金 ) ：発表・討論レポート提出 (1/25/金 ) ：第9 回の一週間後が締め切り

実験スケジュール

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J/ψ 質量再構成のヒント Z→μ+μ- の場合　 MZ に比べて Mμ は非常に小

さいので次のように近似できる

Zのときは運動量が大きい μ粒子を見ていたが、 J/ψ崩壊の μ粒子はそれほど運動量が高くないので、 Z粒子のときと同じ近似が成り立たない。

各自、両方の正確な式・近似式両者を試して実感してほしい。