Taller 2

Convenciones utilizadas en esta guía

  • Comandos escritos en la Linea de Comando de Linux (CLI) van en rojo y en marcados
  • Texto en azul es para ser reemplazado por algún un valor indicado
  • Argumentos opcionales o pasos opcionales van en rosado.
  • Lineas de codigo de algun archivo mas en este fondo beige
  • Usaré como editor gedit. Si ustedes son familiares con algun otro, pueden usarlo.

Material

El material para este taller, se puede descargar del siguiente link:


tar xzvf ejercicios-Parte2.tgz
cd ejercicios-Parte2

En esta carpeta, se encuentra el codigo necesario para la hacer los ejercicios. Tambien existe una carpeta solucion que contiene el codigo completo.

Ejercicio 1 – Selección de un proceso a simular con Pythia8

El primer ejercicio será una sencilla simulación de producción de Higgs.

  1. Dibuje los posibles diagramas de Feynman para producción de Higgs en el LHC

  • Para una masa M_H = 200 GeV, el decaimiento predominante es el que termina en un par de bosones WW tal como se ilustra en la imagen siguiente:

YRHXS2_BR_Fig2.png

Vamos a generar unos eventos de producción de Higgs en colisiones p-p a 7 TeV. Utilizaremos el simulador de eventos Pythia en su version 8. Este se encuentra instalado en el Live-CD que usted esta usando. Utilizaremos un script de ROOT, el cual posee una interface para llamar a Pythia desde ROOT y guardar los eventos generados en un archivo de salida en formato de ROOT.

  • Lo primero que haremos es hacer un exploracion de este script y cambiar algunas configuraciones. Para ello editar el archivo siguiente:

gedit pythia8_Higgs.C

  • El script define una funcion llamada pythia8_Higgs() (recuerden que el lenguaje de programacion es C/C++). La funcion retorna ni toma un argumento.
  • Se declaran y definen varias variables (leer los comentarios que acompañan). La parte que nos interesa empieza cuando se declara y define un apuntador a un objeto de tipo Pythia8 en la linea siguiente:

TPythia8* pythia8 = new TPythia8();

  • De ahi en adelante, lo que hacemos en configurar este objeto, pues es el que desde ROOT llama al generador de eventos.
  • Lo primero que haremos es cambiar la masa de Higgs a 200.0 GeV en la linea siguiente:

pythia8->ReadString("25:m0 = 115.0");

  • 25 es el codigo que tiene el boson de Higgs dentro de los generadores de eventos por convencion. m0 es su parametro de masa.
  • Lo siguiente que hacemos es forzar los decaimientos del Higgs en WW. Para ello quitar el comentario a las lineas siguientes:

//pythia8->ReadString("25:onMode = off");
//pythia8->ReadString("25:onIfMatch = 24 -24");

  • 24 y -24 son los codigos que tienen los bosones W- y W+ respectivamente. Por convencion un signo menos significa anti-particula
  • Ejecutamos la simulación desde la linea de comando. Tomar nota del listado que aparece en pantalla.

 root -q pythia8_Higgs.C

  • root es el ejecutable de ROOT que se llama con la opcion -q la cual hace terminar ROOT una vez termine de ejecutar el script
  • Dado que la salida en pantalla es de varias lineas, vamos a capturar esta salida en un archivo de texto. Para ello redireccionamos la salida en pantalla.
  • Correr nuevamente la simulacion, esta vez con las siguientes opciones:

 root -q pythia8_Higgs.C  > salida-simulacion.txt 2>&1

  • La opcion > le dice al shell de Linux de redireccionar la salida al archivo "salida-simulacion.txt". Al final, la opcion 2>&1 hace que se incluyan los errores en el archivo de salida.
  • Ahora si podemos ver completo, la salida de la simulacion:

 gedit salida-simulacion.txt

....
 *-------  PYTHIA Process Initialization  --------------------------*
 |                                                                  |
 | We collide p+ with p+ at a CM energy of 7.000e+03 GeV            |
 |                                                                  |
 |------------------------------------------------------------------|
 |                                                    |             |
 | Subprocess                                    Code |   Estimated |
 |                                                    |    max (mb) |
 |                                                    |             |
 |------------------------------------------------------------------|
 |                                                    |             |
 | g g -> H (SM)                                  902 |   4.713e-09 |
 |                                                                  |
 *-------  End PYTHIA Process Initialization -----------------------*

 *-------  PYTHIA Multiple Interactions Initialization  ------------* 
 |                                                                  | 
 |                   sigmaNonDiffractive =   50.91 mb               | 
 |                                                                  | 
 |    pT0 =  2.70 gives sigmaInteraction =  208.13 mb: accepted     | 
 |                                                                  | 
 *-------  End PYTHIA Multiple Interactions Initialization  --------* 

 --------  PYTHIA Event Listing  (complete event)  ---------------------------------------------------------------------------------
 
    no        id   name            status     mothers   daughters     colours      p_x        p_y        p_z         e          m 
     0        90   (system)           -11     0     0     0     0     0     0      0.000      0.000      0.000   7000.000   7000.000
     1      2212   (p+)               -12     0     0   145     0     0     0      0.000      0.000   3500.000   3500.000      0.938
     2      2212   (p+)               -12     0     0   146     0     0     0      0.000      0.000  -3500.000   3500.000      0.938
     3        21   (g)                -21     6     6     5     5   101   102      0.000      0.000    345.632    345.632      0.000
     4        21   (g)                -21     7     0     5     5   102   101      0.000      0.000    -28.698     28.698      0.000
     5        25   (h0(H_1))          -22     3     4     8     8     0     0      0.000      0.000    316.934    374.331    199.189
....

Ejercicio 2 – Forzar el decaimiento leptónico de los W

  • Dibuje ahora el diagrama de Feynman correspondiente a H \to WW \to leptones.
  • Enfocaremos la simulación para que los W terminen solamente en leptones ( un lepton cargado y un neutrino )
  • Editar nuevamente pythia8_Higgs.C:

gedit pythia8_Higgs.C

  • Quitar los comentarios a las lineas siguientes:

//pythia8->ReadString("24:onMode = off");
//pythia8->ReadString("24:onIfMatch = -13 14");

  • Primero apagamos todos los posibles decaimientos y luego encendemos solo aquellos que nos interesa: en este caso W+ -> anti-muon neutrino-muonico

Ejercicio 3 – Simulación de procesos SUSY

Ahora vamos a simular unos eventos de Supersimetria. Pythia8 desconoce cómo hacer la física de SUSY y por ello se requiere proporcionarle masas, decaimientos, branching ratios entre otros, mediante un archivo externo. Este archivo se encuentra escrito en un formato especial según una convención. El formato se conoce como SUSY Les Houches Accord o SLHA.

Existen varios programas que nos ayudan a generar las masas y decaimientos para partículas supersimetricas según unos parámetros de entrada y basado en ciertos modelos (MSSM, MSUGRA). Entre ellos están:

En el paquete de ejercicios de la parte 2, se encuentra un archivo con un punto (o Benchmark) utilizado en búsquedas de SUSY en el experimento CMS. Este punto define unos valores de los parametros posibles de Supersimetria.

  • Abrir el archivo:

gedit SUSY_LM2_sftsht.slha

  • Explore su contenido

  • Este es el bloque que define los 5 parametros de MSUGRA

BLOCK MINPAR  # Input parameters - minimal models
         1     1.85000000E+02   # m0                  
         2     3.50000000E+02   # m12                 
         3     3.50000000E+01   # tanb                
         4     1.00000000E+00   # sign(mu)            
         5     0.00000000E+00   # A0

  • Las masas de las s-particulas segun esta eleccion de parametros es:

BLOCK MASS  # Mass Spectrum
# PDG code           mass       particle
....
   1000001     7.76942395E+02   # ~d_L
   2000001     7.45684089E+02   # ~d_R
   1000002     7.70205326E+02   # ~u_L
   2000002     7.52189210E+02   # ~u_R
   1000003     7.76942395E+02   # ~s_L
   2000003     7.45684089E+02   # ~s_R
   1000004     7.70205326E+02   # ~c_L
   2000004     7.52189210E+02   # ~c_R
   1000005     6.71211015E+02   # ~b_1
   2000005     7.23970030E+02   # ~b_2
   1000006     5.80036832E+02   # ~t_1
   2000006     7.48044035E+02   # ~t_2
   1000011     3.04110043E+02   # ~e_L
   2000011     2.31071801E+02   # ~e_R
   1000012     2.91957064E+02   # ~nu_eL
   1000013     3.04110043E+02   # ~mu_L
   2000013     2.31071801E+02   # ~mu_R
   1000014     2.91957064E+02   # ~nu_muL
   1000015     1.55702885E+02   # ~tau_1
   2000015     3.14118803E+02   # ~tau_2
   1000016     2.78934012E+02   # ~nu_tauL
   1000021     8.26803768E+02   # ~g
   1000022     1.40521545E+02   # ~chi_10
   1000023     2.64266574E+02   # ~chi_20
.....

Ejercicio 4 – Simulación de procesos SUSY

Ahora vamos a editar el script para simular eventos supersimetros que siguen la eleccion de parametros dadas por el archivo SLHA:

gedit pythia8_susy.C

  • Al igual que en el punto anterior, explorar el archivo. Quitar el comentario para seleccionar todos los procesos posibles de SUSY y adicionar el nombre del archivo SLHA

//pythia8->ReadString("SUSY:all = on");

pythia8->ReadString("SLHA:file = SUSY_LM2_sftsht.slha"); 

  • Correr la simulación:

root -q pythia8_susy.C > salida-simulacion-susy.txt 2>&1

  • Explorar el archivo que contiene la salida en pantalla de la simulacion.

gedit salida-simulacion-susy.txt

  • Como lo explicaba al principio, el script guarda en un archivo de formato ROOT los eventos que se han generado. Para ver este resultado, hacemos lo siguiente:

ls -l eventos_pythia8_SUSY.root
-rw-r--r-- 1 aosorio aosorio 5111956 2012-05-16 11:37 eventos_pythia8_SUSY.root

  • El comando de Linux ls -l nos muestra las propiedades del archivo que contiene los eventos simulados. Ahora, abramos el archivo con ROOT:

root eventos_pythia8_SUSY.root
Attaching file eventos_pythia8_SUSY.root as _file0...

  • Utilicemos el "TBrowser" para explorar este archivo:

root [1] new TBrowser

TBrowser-1.png

Bien, eso seria todo por esta parte. Lo que sigue es analizar estos eventos de la simulacion. Pasar al Taller No 3: EPUniandes2011TC3

-- AndresOsorio - 15-May-2012

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Topic revision: r6 - 2013-08-22 - AndresOsorio
 
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