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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
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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。
Z粒子以外のバック
グラウンド
Z粒子のピーク
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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
J/ψ
c
c
μ
+
μ
-
γ
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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)
μ
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
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
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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、５mほどの厚さ。
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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粒子の同定，電荷・運動量の測定
ミューオン検出器
CMP
CMU
最小電離作用のみ
ハドロンカロリメータ
横方向消失エネルギー
電磁カロリメータ
電磁シャワー
ソレノイド電磁石
粒子飛行時間測定器
ハドロンシャワー
ドリフトチェンバー
シリコン飛跡検出器
衝突点
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DXU, DXP 分布
μ粒子検出器
DXP
CMP
鉄シールド
DXU
CMU
運動量小
運動量大
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？
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J/ψの質量測定ーヒント
ヒストグラムのbin数
myZmass.C中、
TH1F *h_ZmassF = new TH1F(“h_ZmassF”, “Z mass in GeV (w/CUT)”, 50, 40, 130);
ヒストグラムの横軸下限
ヒストグラムの横軸上限
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%
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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Δｘ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)
信号の高さS
バックグラウンドの高さB
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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Ntupleデータを使った解析
Ntupleデータの変更
myZmass.h
事象選択．カット値の変更
myZmass.C (CUT 条件)
TFile(“/home/wmass/mumu1.root”)のところ
mumu1.root （Z粒子データ）→ mumu2.root（J/ψデータ）
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。
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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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実験スケジュール
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
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
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。
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。
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