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1 UNIVERSIDADEFEDERALDORIODEJANEIRO INSTITUTODEFISICA Estudododecaimento!3h nodetetordelphi. TesedeMestrado Orientador:LeandroS.dePaula TatianadaSilva

2 ALeandrodePaulapelaoportunidadedetrabalharnumprojetodeteset~aointeressante,pelaorientac~ao,amizade,paci^encia,disponibilidade,pelostemposemSt.Genise Agradecimentos pelospasseiosnosnaisdesemana. oportunidadedeiraocern. ABernardMarechalpeloincentivoparaprosseguirnumacarreiracientcaepela bilidadeemst.genis. ASandraAmatopelaorientac~ao,pelaforcadesempre,pelocompanheirismoedisponi- universodaspoderosas`kumacs'. AMiriamGandelmanpelasdiscuss~oes,pelaajudadesempreepormeapresentaro cuss~oesesugest~oes. AFernandoMarroquimetodoogrupodeFsicadeAltasEnegiaspelasideias,dis- apoiandoetornandoosdiasnestailhamaisdivertidos,alemdasdiscuss~oesconstantes, AosmeusamigosDani,HugoeSmurfettyqueforamgrandescompanheiros,me ideias,sugest~oesesoluc~oessobreosmeusresultados. esforcadomuitoparamelhoraronossocurso,nossascondic~oesdetrabalhoeespritode AMaurcioBarbipelacompanhianosnaisdesemanaeaosmeuscolegasquet^emse grupo. AFelipeCantoeOdairGoncalvespelaajudaesoluc~oesnashorasde\sufoco". tornaramaminhaestadiamuitoagradavelcomomeapoiaramnasmaisdiversasformas. AFelipeCoelhoeaosprofessoresdodepartamentodeFsicaNuclearquen~aoso

3 tutodefsicaeaosfuncionariosdoinstitutodefsica. AoatletaCurtRollof,atodoopessoalquetrabalhanarededecomputac~aodoInsti- AAlbertoBenvenutipelocarinhoeorientac~aocuidadosa. ATizianoCamporesipeloapoioeoportunidadedetrabalharnoSTIC. APhilippeGavilletpelaoportunidadedeiraoCERN,disponibilidadeecompanhia AMarcoPaganonipelo\abrigo"eincentivos. noschocolates. emtodososmomentos. Aminham~ae,tiaMarleneeAmandapelosincentivos,carinho,apoioecompreens~ao EuropeiaepelaFundac~aoJoseBonifacio. EstetrabalhofoiparcialmentenanciadopeloCNPq,pelareitoria,pelaComunidade

4 Nestetrabalhoapresenta-seresultadosdetestesrealizadosemcolaborac~aocomogrupo Resumo dodetetordeluminosidadedodelphi,ostic,erealiza-seamedidadasraz~oesde ramicac~aodosdecaimentos!3h,!!,utilizandodadosdodetetordelphi coletadosduranteosanosde1993,1994e1995.osresultadosobtidosnostestess~ao medidasrecentes. satisfatorioseosvaloresmedidosparaasraz~oesderamicac~aos~aocompatveiscom Inthisthesistheresultsobtainedfortestscarriedoutincollaborationwiththegroup Abstract ofthedelphiluminositydetector,stic,arepresentedandthemeasurementofthe branchingfractionsofthe!3hand!!decaysisperformed,usingthe datacollectedbydelphiduringthe1993,1994and1995runs.theresultsofthetests aresatisfactoryandthemeasuredvaluesforthebranchingfractionsarecompatiblewith recentmeasurements.

5 Indice 1Introduc~ao 2Considerac~oesTeoricas 1 2.1OModeloPadr~ao AInterac~aoForte OModeloEletrofracodeGlashow-Weinberg-Salam OTau Odecaimentodo Aproduc~aodopar OAparatoExperimental 3.1Oacelerador Osistemadeinjec~ao Caractersticasgerais OdetetorDELPHI Perdadeenergiaporradiac~aosncroton Solenoidesupercondutor...33 ii

6 3.2.3Identicac~aodepartculas Medidadetrajetorias Cintiladores Calormetros Simulac~aoeReconstruc~ao Sistemadetrigger LuminosidadeeHermeticidade 3.2.8KORALZ{Ogeradordopar SmallangleTIleCalorimeter DetetoresdeSilcio Calormetro NarizeProtec~oesdeTungst^enio SistemadeVeto Testedoprototiposemicirculardonovoanelcintiladorcomleiturafeita 4.2.1AnalisedosDados...77 porbraswls Hermeticidade VerySmallAngleTagger Contadoresde TestedosCabosdeFibrasOticasUsadosnosContadoresde TestedasFotomultiplicadorasusadasnosContadoresde

7 4.6Falhasem Contadoresde AnalisedosDados 5.1CalculodaRaz~aodeRamicac~ao Selec~aodeEventos Selec~aode Selec~aolept^onica Selec~aodeeventos!3hn;3h Cortesadicionaisparatopologias Selec~aodeeventos3h Selec~aodomodo!3hn;n Resultadosdaselec~ao Estudodocanal!! ErrosSistematicos Conclus~oes 5.5.1Dalitzplot ADalitzplot

8 ListadeFiguras 2.1Diagramasdemaisbaixaordemparaoprocessoe+e!+ : DiagramasdeFeynmanparaodecaimentodoem(a)leptons,e(b)em 2.3Denic~aodo^anguloparaosistema!...22 umoumaishadrons Inclinac~aodocolisorLEP Distribuic~oesesperadasparaosistema! dashipotesesjp=1+;1 ; ComplexodeaceleradoresdoCERN Pontosdeinterac~aodoLEP DetetorDELPHI DetetorInterno(ID)doDELPHI DetetordeMicroverticesdoDELPHI C^amaradeProjec~aoTemporal(TPC)doDELPHI Perdaespeccadeenergia,dE=dx,naTPCemfunc~aodomomento Astr^escamadasdaC^amaradeMuonCentral(MUB) EfeitoCherenkovsegundoaformaobservadapeloRICH Vis~aoesquematicadosaneisemodulosdaHPC...44 v

9 3.12PrincpiodefuncionamentodoCalormetroEletromagnetico(HPC) ArranjodoscintiladoresedasfotomultiplicadorasusadasnosContadores 4.1CoberturaAngular:1)=10:8coberturadoFEMC;2)=10:9limitesuperiordoSTIC;3)8:6limitesuperiordoSAT;4)=1:82limiteinferiordo detempodev^oo...49 STIC;5)=2:5limiteinferiordoSAT STIC:Calormetro,CintiladoresdoSistemadeVeto,DetetoresdeSlicioe 4.3DetetorescentraisdoDELPHI.Ofeixedeeletronstemdirec~aodoladoA MascaradeTungst^enio PlanocintiladordeumdosmodulosdoSTIC,permitindoobservaros10 paraoc Eventoe+e!Za130GeV,ondeofotonvaidiretamentedentrodo setoresradiaise8azimutais Setorde45dosDetetoresdeSilcio.Astirasn~aoest~aodesenhadas,mas STIC...68 caboskapton...70 podemosverosburacosparapassagemdasbraseasconecc~oescomos 4.7Vistadaregi~aodotubodofeixe,permitindoaobservac~aodonarizde saindo)...72 tungst^enio,protec~aointernaeexternainstaladassomentedoladoc(eletrons 4.8Esquemaexperimentalusadonotestedoprototipo...75

10 4.9Diferentesposic~oes,nocontador,dafontedeRut^enioparaobtenc~aodos 4.10EspectrodoADCdafotomultiplicadoradadireitaimpondoumcorteem dadosnotestedoprototipo...77 daesquerdaimpondoumcorteem12contagensnadadireita contagensnadaesquerdaeembaixooespectrodafotomultiplicadora 4.11Superposic~aodosespectrosdasdistribuic~oescorrespondentesatr^esposic~oes dafonteparadiferentescriteriosdeselec~aoutilizados,permitindoaobservac~aodauniforminadedocontador Regi~aodotubodofeixe.ModulosdoVSAT(B1,B2,F1,F2),quadrupolos 4.13Propriedadesdefocalizac~aoedesfocalizac~aodeumquadrupolomagnetico supercondutores(qsc) ModulosdoVSAT,evidenciandoosFADseosplanosdetirasdesilcio..83 paraumpartculapositivamentecarregadaentrandonoplanodopapel LuminosidadedoDELPHIde Nosanosde1991,1993e1995os 4.16Contadoresde dadostambemforamtomadosacimaeabaixodopicodoz Curvasdeeci^enciaqu^anticaesensibilidadedediferentesfotocatodos Elementosbasicosdeumafotomultiplicadora EsquemaexperimentalusadonotestedasfotomultiplicadorasdosContadoresde EsquemaexperimentalusadonotestedoscabosdebrasoticasdosContadoresde

11 5.1Eventosdealgunsdosprocessosestudados EspectrosdoADCparaumdoscabostestados Distribuic~oesdoscortes1{4daselec~aolept^onica Distribuic~oesdoscortes5e6daselec~aolept^onicaparadadosreaisesimuladosquen~aoforamrejeitadosateestepontodaselec~ao.Em(a)para 1993,(b)1994,(c) Distribuic~oesdoscortes7e8daselec~aopararejeic~aodeeventose+e 5.5Distribuic~oesdoscriteriosutilizadosparaeliminareventose+e!e+e ff!e+e ee+e!+.em(a)para1993,(b)1994e(c) Comparac~aoentredadosexperimentaiseMonteCarloparamultiplicidade eraioscosmicos energiadofeixe dostracoscarregadoseenergiaeletromagneticadoeventonormalizadaa 5.8Distribuic~oesdoscortes5{8,daselec~ao!3hn;n Distribuic~oesdoscortes1{4,daselec~ao!3hn;n Energiatotalemassainvariantedeeventoscomdoisfotonsreconstrudos Probabilidadeparaamultiplicidadedosneutros Energiaeletromagneticaneutraparaeventoscomumfoton Cortesadicionaisusadosparaareconstruc~aodo Regi~aocinematicadosistema

12 5.14(a)Massainvariante+ paraponsneutrosreconstrudosapartirde apartirdeeventoscom2fotonsreconstrudos.ohistogramaeomonte umfotone(b)massainvariante+ paraponsneutrosreconstrudos 5.15Massainvariante+ paraasomadosdadosdosanos1993{ Carloeospontoss~aoosdados( ) Exposic~aogracadeumeventoselecionadocomocandidatoa! (a)Massainvariante+ paraasomadosdadossimuladosdosanos 5.18Comparac~aodoresultadoobtidonestatesecomosvaloresfornecidospela 1993{1995.(b)Regi~aoutilizadaparaestimaronumerode!existentes Massainvariante+.OhistogramaeoMonteCarloeospontoss~ao hipotesecvc,pelopdgde1996,alephecleo Comparac~aodoresultadoobtidonestatese,paraaraz~aoderamicac~aodo osdados( ) amedidaapresentadapeloopalem decaimento!3h,comosvaloresfornecidospelopdgde1996ecom

13 ListadeTabelas 2.1EspectrodepartculasnoModeloPadr~ao.Ovalordonumeroqu^anticode 2.2Numerosqu^anticosepropriedadesdosmesonse!...19 corigualazerosignicaaaus^enciadecor EtapasatingidasnoprocessodeaumentodeenergiadoLEP Modosdedecaimento!Xcomosrespectivosvaloresusadosparaas 4.1NumerodeFotoeletrons...78 raz~oesderamicac~ao Energiasdecentrodemassaeluminosidadesintegradasparaosanos1993, 4.2Resultados Numerodeeventosexistentesnasamostrasiniciaisdedadosparaosanos 1994e1995usadasnaselec~ao Numerodeeventosexistentesnasamostrasiniciaisdedadossimuladospara de1993{ Resultadosdaselec~aoe+e!+ para1993,1994e osanosde1993{ x

14 xi 5.6Resultadosdaselec~ao!3hpara1993,1994e Codigosde`fotonsbons'deacordocomaclassicac~aodadapeloPXPHOT Modosdedecaimento!Xcomosrespectivosvaloresusadosparaas 5.8Estimativadoserrossistematicos raz~oesderamicac~aonokoralzeosfornecidospelopdg...126

15 Captulo1 Introduc~ao damateria.deacordocomoqueseconheceateosdiasdehoje,todamateriaecomposta OprincipalobjetivodaFsicadePartculasElementareseestudaraestruturafundamental estaspartculass~aoresultantesdequatrointerac~oesfundamentais:gravitacional,fraca, porpartculasdespin1=2,osquarkseleptons,eacredita-sequetodasasinterac~oesentre eletromagneticaeforte. mentareseomodelopadr~ao.estemodelodescrevetr^esdasquatrointerac~oesfundamen- Omodeloatualmenteaceitoparaadescric~aodasinterac~oesentreaspartculasele- Salam,quedescreveasinterac~oeseletromagneticaefracaeaCromodin^amicaQu^antica, taiseeresultadodajunc~aodeduasteorias:ateoriaeletrofracadeglashow-weinberg- quedescreveainterac~aoforte. eeletrons,tempermitidoarealizac~aodetestesdavalidadedestemodelocomprecis~ao OLEP(LargeElectronPositroncollider),queeumaceleradorcolisordepositrons sensvelascorrec~oesradiativasdeprimeiraordem.paraisso,aenergiadecentrodemassa doz,permitindooestudodestebosonvetorialneutro.quatropontosemqueosfeixes foiescolhida,emsuaprimeirafasedeoperac~ao,lepi,emtornodopicoderesson^ancia 1

16 Captulo1.Introduc~ao 2 secruzamnesteacelerador,s~aoequipadoscomdetetores.odelphi(detectorwith Lepton,PhotonandHadronIdentication)eumdestesdetetores. estecompletamentegovernadopelateoriaeletrofraca.o,queeoleptonmaispesado Aproximadamente3:3%dosdecaimentosdoZresultamnopar+,decaimento atualmenteconhecido,apresentaumagrandevariedadedeestadosnais.alemdosmodosdedecaimentonosleptonsmaisleves,eletronemuon(decaimentosgovernadospela interac~aoeletrofraca),possuimodosdedecaimentohadr^onicos.oprocessodeproduc~ao edecaimentonestesestadosnaiss~aogovernadospelainterac~aoforteecomoaquantidadedemomentotransferidoebaixa,n~aoepossvelfazercalculosdetalhadosdosefeitos destainterac~ao.destaforma,paraqueprevis~oessejamfeitas,faz-senecessarioousode modelosfenomenologicosdacorrentehadr^onica. eemum,!3h,usando-seosdadoscoletadospelodetetordelphinosanos Oobjetivodestetrabalhoeestudarodecaimentodesteleptonem3hadronscarregados nhecidaoupoucocompreendidaderesson^anciasatravesdasquaisestedecaimentopode de1993,1994e1995.oestudodestaamostrapoderevelaralgumacaractersticadesco- acontecer. mente,ocontextoteoricoefenomenologicodasmedidasrealizadas;noterceiro,introduz-se Estetrabalhoestadivididonaseguinteforma:nosegundocaptuloapresenta-se,breve- oaparatoexperimentaleosprogramasutilizadosnacoletaeprocessamentodosdados;no s~aodescritostr^estestes,dosquaisparticipei,relacionadoscomodetetordeluminosidade quarto,discute-seamedidadaluminosidade,oproblemadahermeticidadedodetetore dodelphiecomcontadoresqueforaminstaladosnestedetetor,visandooaumentode

17 Captulo1.Introduc~ao 3 hermeticidade;noquinto,apresenta-seoscriteriosusadosnaselec~aodopar+ edo destecanalformadapelomeson!;noultimocaptulos~aoapresentadososresultados seumododecaimento,!3h,bemcomooestudorealizadodaestruturaressonante naiseaconclus~aodotrabalho.

18 Captulo2 Considerac~oesTeoricas 2.1 Oprincpiodainvari^anciadegaugeetalvezoconceitomaisimportanteusadoemteorias OModeloPadr~ao taissejamdescritaspelassimetriasdegaugelocal. modernassobrepartculasecampos,poisacredita-sequeasquatrointerac~oesfundamendeloaceitonadescric~aodasinterac~oeseletromagnetica,fracaeforteentreaspartculas OModeloPadr~ao[1{4]fundamenta-senestetipodesimetriaee,atualmente,omo- elementares. umateoriafundamentaldanatureza,masamanifestac~aodeumaestruturaquesereduz Apesardeseusucesso,existemfortesraz~oesparaseacreditarquen~aosetratade par^ametroslivresetratadeformadiferenteasinterac~oesfundamentaisquedescreve. aelenaescaladeenergiaeprecis~aoatualmenteexploradas.istoporquepossuimuitos estarelacionadocomtestesdavalidadeecomadeterminac~aodos`dadosdeentrada'deste OtrabalhoatualdaFsicadePartculasElementares,desenvolvidoemaceleradores, modelo. 4

19 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 5 eateoriaeletrofracadeglashow-weinberg-salam. OModeloPad~aofoicriadounindo-seduasteorias,aCromodin^amicaQu^antica(QCD) Osetordainterac~aoforteedescritopelaQCD[5].Ogrupodesimetriaeon~ao-abeliano, AInterac~aoForte 3e8geradoresquecorrespondema8bosonsdegauge,osgluons.Estesn~aopossuem SU(3)C,ondeondiceCserefereaonumeroqu^anticodecor.Estegrupopossuidimens~ao tantoentreosquarksquantoentreelesmesmos. massa,carregamumtipodecargadenominadadecoregeramainterac~aofortequeatua eeexpressaatravesdaconstantedeacoplamento,s: Aintensidadedoacoplamentodainterac~aoforte,g00,eumpar^ametrolivredateoria, S=g002 Estaconstantedependedaquantidadedemomentotransferido,Q2,tornando-sepequenaaaltaenergia(liberdadeassintotica),egrandeabaixaenergia,sugerindoqueos 4: (2.1) quarkspermanecemligadosdentrodoshadrons(connamento),oquepodeexplicaro Estapropriedadedeliberdadeassintoticapermitequeotratamentoperturbativoseja porqu^edequarksegluonslivresaindan~aoteremsidoobservadosexperimentalmente. aplicadodeformasatisfatoriaadin^amicadoshadrons.

20 Captulo2.Considerac~oesTeoricas Asinterac~oeseletromagneticaefracas~aoparcialmenteunicadasnomodelodeGlashow- OModeloEletrofracodeGlashow-Weinberg-Salam eogrupodehipercargafracoesu(2)leodeisospinfraco.ondicelindicaque Weinberg-Salam,atravesdaescolhadogrupodesimetriaSU(2)LU(1)Y,ondeU(1)Y camposfermi^onicos,poisainterac~aofracaviolaaparidade,oqueeexpressopelaestrutura astransformac~oesdestegruposomenteatuamsobreacomponentedem~aoesquerdados V Adestainterac~ao. cidas,aparecememtr^esfamlias,cadaumacontendodoisquarksedoisleptons.osquarks Osfermionss~aorepresentadosporespinoresdeDirac,,eporraz~oes,aindadesconhe- quejuntamentecomosgluonss~aoosconstituintesdoshadrons,possuemcargaeletrica epodemtercargaeletricaunitariaounula(neutrinos). fracionariaetr^escorespossveis(cargadainterac~aoforte).osleptonsn~aopossuemcor sentesnacorrentefracacarregada,permitindoqueestessejamdecompostosnumacom- ponentedem~aoesquerdaeoutradem~aodireita: = L+ R( Evid^enciasexperimentaismostramquesomentefermionsdem~aoesquerdaest~aopre- ondenarepresentac~aodedirac-pauli, L=12(1 5) R=12(1+5) ; Aspartculasfermi^onicasdem~aoesquerdas~aoagrupadasemdubletosdeSU(2)L: 5= I0!;Ieamatrizidentidade. 0I e e!l ud0!l;!l cs0!l;!l tb0!l

21 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 7 bosondehiggs Partculas H spinjcor 0 NumerosQu^anticos -1/2 I3 Y1 Qem leptonsdem~aoesquerda leptonsdem~aodireita L lr ll 0 1= quarksdem~aodireita dr;sr;br ur;cr;tr 0 2=3 4=3 0 quarksdem~aoesquerda ul dl sl cl bl tl 1/2 3 1=2 1=3 2=3 2=3 4=3 1=3 bosonsdegaugeeletrofracos foton 2=3 W W+ Z gluons g Tabela2.1:EspectrodepartculasnoModeloPadr~ao.Ovalordonumeroqu^anticode 0 corigualazerosignicaaaus^enciadecor. easdem~aodireitaemsingletos: Dentrodestateoriaosneutrinosdem~aodireitan~aoexistem. er;r;r;ur;dr;cr;sr;tr;ebr: tabela2.1. Osnumerosqu^anticosdosfermionsebosonsdoModeloPadr~aoencontram-sena sabor),concluiu-sequeosauto-estadosdemassaeosauto-estadosdainterac~aofracados Combasenaobservac~aodetransic~oesentrequarksdediferentesfamlias(trocade quarksn~aos~aoosmesmos.porconvenc~ao,osquarks(u,c,t)n~aosemisturameos

22 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 8 (d,s,b)emtermosdeumamatrizunitaria33,v: auto-estadosfracos(d0;s0;b0)s~aoescritoscomocombinac~aodosauto-estadosdemassa 0B@d0 s0 b01ca=v0b@dsb 1 CA; ondeveamatrizdecabibbo-kobayashi-maskawa(ckm)[4]quetemaforma: V=0B@VudVusVub VcdVcsVcb VtdVtsVtb 1 CA: Paramanterainvari^anciadegaugeosquatrocamposquedescrevemosbosonsmas- Resultadosexperimentais[6]demonstramqueoselementosdiagonaiss~aodominantes. sivos,zew,quemediamainterac~aofraca,eofotonsemmassa(interac~aoeletro- magnetica),s~aointroduzidosnateoriapelotripletodeisospinsemmassa,wa(a=1,2, 3),epelosingleto,B,tambemsemmassa. OscamposWaseacoplamacorrentefracaJa: comintensidadegebseacoplaacorrentedehipercarga,jy,comintensidade,convencionalmente,dadaporg0=2: Ja=12 La L;s~aoasmatrizesdePauli; ondeahipercarga,y,edenidapor: jy=y ; Y=2(Q I3)I3eaterceiracomponentedeisospin Assim,ainterac~aobasicaeletrofracaedadapor: Qeooperadordecarga.

23 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 9 igjawa ig0 Comos~aointroduzidasduasconstantesdeacoplamentodistintas,(g;g0),paraasinterac~oesdeSU(2)LeU(1)Y,asinterac~oeseletromagneticaefracan~aos~aocompletamente unicadas. 2jYB dem~aodireitaseacoplemsomentecomahipercargafracaeosdubletosesquerdosse Aconstruc~aodalagrangianainvariantedegaugedeveserfeitadeformaquefermions acoplematodososbosonsdegaugeenenhumtermodemassapodeaparecernamesma. campoescalardehiggseintroduzido,comoumdubletodeisospincomhipercarga,y=1, Ent~ao,paradarmassaaosbosonsfracossemqueainvari^anciasejadestruda,um nomodelopadr~aomnimo: = + o!;com(+=(1+i2)=p2 Asimetriadalagrangianaequebradaquandoseatribuiaovaloresperadodoestado o=(3+i4)=p2 fundamental,o,umvalorn~ao-nulo: UmbosondeGoldstoneeassociadoacadaumadastr^essimetrias:SU(2)L,U(1)Y, o=h0jj0i=1 p2 0v!: eu(1)em.fixando-secorretamenteogaugeparaaexpans~aode,segundoteoriade perturbac~ao,somenteocampodehiggsn~aodesaparece. Comasubstituic~aodovaloresperadodovacuo,o,nalagrangiana,ascomponentes

24 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 10 carregadasdotripletowa(representamosbosonsw): adquiremmassa,dadapor: W=1p2(W1W2) Diagonalizando-seamatrizdemassadacomponenteneutradestetripleto,W3,ede MW=12gv: (2.2) B,quen~aos~aomaisauto-estadosdemassa,fazcomqueoscamposfsicosZeA,que representamosbosonsneutros,zefoton,aparecam: A=senwW3+coswB: Z=coswW3 senwb Aqui,weo^angulodemisturaeletrofracoou^angulodeWeinberg.Eobtidoatravesda raz~aoentreosacoplamentosdosdoisgruposindependentesu(1)yesu(2)l: tanw=g0 AmassadobosonZedadapor: g: (2.3) eserelacionacomamassadosbosonswatravesdarelac~ao: MZ=v2qg2+g02 (2.4) cosw=mw MZ: (2.5)

25 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 11 1;I3= 1=2),asimetriadeU(1)empermaneceinalteradaeporistoofotonn~aoadquire AescolhadeoquebrouasimetriadeSU(2)LeU(1)Ymas,comooeneutro(Y= massa.eaescolhadodubletodehiggsxaopar^ametro,quedeterminaaintensidade relativaentreainterac~aofracaporcorrenteneutraeporcorrentecarregada,iguala unidade: OmesmodubletodeHiggs,quegeramassaparaosbosonsWeZ,esucientepara = M2Zcosw=1: M2W entreoscamposfermi^onicoseohiggs.introduzindo-senalagrangianaotermoinvariante gerarmassaparaosfermions.estesadquiremmassaatravesdoacoplamentodeyukawa degauge: obtem-se,aposaquebradesimetriaasmassasdosfermionsdadaspor: Gf[L R+Ry L] Aconstantedeacoplamento,Gf,deveserdeterminadapormedidasexperimentais mf=gfv p2: (2.6) dasmassasdosfermions. Exigindo-sequeotermodeinterac~aoeletromagneticatenhaasuaformausual, asconstantesdeacoplamento,(g;g0),t^emquesatisfazer: LI=ejem A;e=p4eeacargadoeletron eaconstantedeestruturana gsenw=g0cosw=e:

26 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 12 Otermodeinterac~aoporcorrentecarregadaeescritocomo: LCC I= g 2p2L(T+W++T W ) L(T=12(1i2) Estacorrente,mediadapelosW,acopla-secomfermionsesquerdoseepuramente 1;2s~aoasmatrizesdePauli. (2.7) V A. Acorrentefracaneutra,cujotermodeinterac~aoeescritocomo: eumamisturadevea.osacoplamentosvetorial,gv,eaxial,ga,paracadafermionf, LCN I= 2cosw(gV ga5) g Z; (2.8) s~aoexpressosemfunc~aodaterceiracomponentedeisospinfracoi3,dacargaqfedew: OModeloPadr~aoMnimopossui,ent~ao,19par^ametroslivres:asconstantesdeacoplamento(g,g0,g00),asmassasdefermionsebosons,ovaloresperadodovacuo(v),eos elementosdamatrizdeckm. gv=i3 2Qfsen2w; ga=i3: dosobservaveisfsicos:em,s,gfesenw.oselementosdamatrizdeckmpodem Osacoplamentosfermi^onicoseovaloresperadodovacuos~aodeterminadosatraves serdeterminadosapartirdedecaimentos,porinterac~aofraca,dosquarksouemalguns casos,apartirdeespalhamentosprofundamenteinelasticosdeneutrinos,masasmassas dosfermionsebosonss~aopar^ametroscompletamentelivresdomodelo.

27 Captulo2.Considerac~oesTeoricas Desdesuadescobertaem1975,esteleptontemsidoobjetodeextensivosestudosquet^em OTau porobjetivoinvestigarpontoscomoauniversalidadelept^onica,aestruturav Adas interac~oeseletrofracas,aviolac~aodesaborounumerolept^onico,vericac~aodas`hipoteses' CVC(ConservedVectorCurrent)ePCAC(PartiallyConservedAxialCurrent),aexist^enciadecorrentedesegundaclassealtamentesuprimidadentrodoModeloPadr~aoe outros. doneutrinodos~ao[7]: Osvaloresatuaisparaamedidadamassa,spin,vidamediadoelimitesnamassa Massa:m=1777:00+0:30 Spin:s=1=2 0:27MeV=c2 MassadoNeutrinodoTau:m<24MeV=c2,CL=90% VidaMedia:=291:01:510 15s NoModeloPadr~ao,aproduc~aodopardetausnoprocessodeaniquilac~aoe+e (gura2.1), Aproduc~aodopar+ ocorre,atravesdasinterac~oeseletromagneticaefraca(correnteneutra), Asec~aodechoque,emprimeiraaproximac~ao(nveldeBorn),possuitr^escomponentes e+e!;z!+ :

28 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 14 e + Z o τ + e + τ + γ Figura2.1:Diagramasdemaisbaixaordemparaoprocessoe+e!+ : e - τ - e - τ - ()edotermodeinterfer^enciaeletrofraca,-z,sendoescritacomo: ques~aoprovenientesdodiagramadetrocadeumz(z),dodiagramadetrocadeum d(s) d=2 Astr^escomponentess~ao: Z= 2QhgeVgV(1+cos2)+2geAgAcosiRe; (2.11) ondeeo^anguloentreadirec~aodoeletronedo,ge; Z=h(ge2 V+ge2 A)(g2 V+g2 A)(1+cos2)+8geVgVgeAgAcosijj2; Vege; As~aoosacoplamentos (2.12) vetorialeaxialdoeletronedotaucomacorrentefracaneutra,qacargadotaueo 4s(Z++Z): (2.9) =1+cos2; (2.10)

29 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 15 propagadordoz.estepropagadortemaseguinteforma: ondemze Zs~aoamassaealarguratotaldodecaimentodoZ. = 8p2 Gf(s M2Z+iMZ Z); M2Zs (2.13) Padr~ao,t^emaforma: Supondoauniversalidadedosleptons,asconstantesdeacoplamento,noModelo Podemos,ent~ao,reescreverasec~aodechoqueagrupandoostermosdeacordocoma gev=gv=14+sen2w gea=ga=14: depend^enciaangular: d=2 onde d 4shS(1+cos2)+Acosi; (2.14) e S=1 2QgeVgVRe+h(ge2 V+ge2 A)(g2 V+g2 A)ijj2 Asec~aodechoquetotaleobtidaintegrando-seaequac~ao2.14emtodoo^angulosolido: A= 4QgeVgARe+8geVgVgeAgAjj2: =42 Asrelac~oesentreosobservaveisfsicos,noModeloPadr~ao,s~aomodicadasporcorrec~oesradiativas.Mas,naproximidadedaresson^anciadoZascontribuic~oesreferentes 3sS: (2.15)

30 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 16 aostermosprovenientesdaqedeaosdeinterfer^encias~aopequenos.assim,podemser oumaishadrons. Figura2.2:DiagramasdeFeynmanparaodecaimentodoem(a)leptons,e(b)emum desprezadosemprimeiraaproximac~ao.paraps=mz,re=0obtemos: =42 3M2Z 2 41+(ge2 V+ge2 A)(g2 V+g2 A) 8p2!2M3Z Gf Odecaimentodo 2Z 3 5: (2.16) hadr^onicos.istoporquesuamassapermiteodecaimentoemhadronscompostospelos Oapresentaalemdedecaimentospuramentelept^onicos,decaimentoscomestadosnais quarksdaprimeirafamlia, NoModeloPadr~ao,ondehaaconservac~aodenumerolept^onicoecargaeletrica,o ud0!. podeseacoplaracorrentecarregadalept^onicaouacorrentecarregadahadr^onica,como decai,atravesdacorrentefracacarregada,nobosonweno.emseguida,esteboson descritopelodiagrama2.2.

31 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 17 LCC=g ComooacoplamentodoWcomacorrentecarregadapossuiintensidadeuniversal, 2p2"Xll(1 5)l+u(1 5)d0#W+h:c:l=e;; existemcincocontribuic~oes,igualmenteprovaveis(desprezando-seasmassasdeestados h.c.eohermitianoconjugado naisfermi^onicosecorrec~oesrelacionadasaosgluons),paraalarguradodecaimento. asoutrastr^esest~aoassociadascomastr^espossibilidadesdecordoparquark-antiquark Duascorrespondemaosmodosdedecaimentoslept^onicos,!e ee! e paraosdiferentescanais,sejamaproximadamente: domododedecaimento!d0u.sendoassim,espera-sequeasraz~oesderamicac~ao BlBr(!l l)'15=20%(l=e;); DecaimentoHadr^onicodo R (!+hadrons) (!e e) 'NC=3: mentemassivoparadecairemhadrons,sendoassimumotimolaboratorioparaoestudo Comocitadonoinciodasec~ao,oeounicolepton,atualmenteconhecido,suciente- dacorrentefracahadr^onicadeformaclara(baixamultiplicidade).mas,haanecessidadedesefazerprevis~oesrelacionadasaestacorrenteusando-seumadescric~aomais fenomenologica.estasprevis~oess~aofeitasbaseadasemmodelosespeccosquelevamem considerac~aoapresencaderesson^anciasnoestadonal.algumasrestric~oesadicionais resultamdeleisdeconservac~aocomocvc[4]epcac[4].

32 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 18 quarksu d0,(jhadr),separa-seestacorrenteemduascomponentes,umavetoriale SupondoumaestruturaV AnoverticedeacoplamentodoWcomacorrentedos outraaxial: Algumasrestric~oesprecisamserimpostasaoestadonalhadr^onico: JHADR=JV;HADR JA;HADR: devidoaconservac~aodemomentoangular,somenteestadosnaiscommomento comoacorrentejhadrecarregada,ascomponentesveapossuemisospini=1; angulartotal,(j=0;1),s~aopermitidos; apartirdadenic~aodaparidadeg1[2]paraumsistemacompostopornpons, ascomponentesveapossuemestranheza,s=0ous=1; aparidadec(conjugac~aodecarga)eopostaaparidadegnestesistema. G(n)=C(n)( 1)I=( 1)n; apartevetorialdacorrentehadr^onica,jv;hadr,eresponsavelpelodecaimentodo Comocorrentesvetoriais(axiais)transformam-sedeformampar(par)segundoC, maneira,osseguintesestadosnaishadr^onicoss~aopermitidosnodecaimentodo: numnumeropardeponseaparteaxial,ja;hadr,numnumerompardepons.desta JP=0+=)escalar JP=0 =)pseudoescalar JP=1 =)vetor conjugac~aodacarga. 1AparidadeGconsitedeumarotac~aode180emtornodoeixoIydoespacodeisospinseguidada JP=1+=)vetor axial

33 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 19 aparidadeg.assim,correntescomosseguintesnumerosqu^anticos: Ascorrenteshadr^onicasparaosestadosacimapodemserclassicadasdeacordocom IG=1+,JP=1 s~aoclassicadascomosendo`correntesde1aclasse'.correntesdeestadosquepossuem IG=1,JP=1+ou0 valoresdeparidadegopostosaestes,s~aoclassicadascomo`correntesde2aclasse'. Oestudodestedecaimento[8{13]eespecialmenteinteressante,poispodeevidenciara Odecaimento!! exist^enciadecorrentede2aclasse. PartculasJPIG Osnumerosqu^anticosepropriedadesrelevantesdestesmesonss~aodadosnatabela2.2.! 0 1 1(139:569950:00035) (781:940:12) massa(mev) Mododedecaimentodominante + - Considerando-seosistema!-dominantementenoestadoJPG=1 +(1aclasse),este Tabela2.2:Numerosqu^anticosepropriedadesdosmesonse!. contextodosmodelosvmd(vectormesondominance),emaisrecentementeusando-se canaldedecaimentodotemsidoestudadosegundoahipotesedecvcedentrodo oformalismodeperturbac~aoquiraldemesonsvetoriaispesados. Emprimeiraaproximac~aoaamplitudeparaestedecaimentopodeserescritacomo: M=GFVud p2j lept<!judj0>; (2.17)

34 ondej Captulo2.Considerac~oesTeoricas 20 leptecorrentelept^onicav A, J evudeelementodamatrizckm.aformadoelementodematrizhadr^onicodacorrente lept=l(1 5)l; vetorialexadopelacovari^anciadelorentz,como: q1;2eoquadrivetormomentodo!edo,"eoquadrivetorpolarizac~aodo!;fv(s) <!judj0>=ifv(s)"q1q2; fatordeformadoverticehadr^onicoemfunc~aodes,s=(q1+q2)2. Alarguradiferencialeafunc~aoespectral,v(s),dosistema!-s~aodadaspor[14]: d ds=g2fjvudj m3jFV(s)j2(m2 s)2 s2 (m2+2s)(s2 2s(m2!+m2)+(m2!+m2)2);(2.18) Paraqueprevis~oespossamserfeitashaanecessidadedeseusarummodelopara v(s)= G2FjVudj2(m2 s)2(m2+2s)d 322m3 ds: (2.19) hadr^onicoedominadopelosmesonsvetoriais,e0,ofatordeformapodeserescrito determinarfv(s).usando-seomodelovmdeadmitindo-sequeoelementodematriz como: FV(s)=gg!( (s m2+im (s))+ 1 (s m20+im0 0(s)));! (2.20)

35 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 21 Usando-seosvaloresdestasconstantesedeixando-se!comopar^ametrolivre,ajusta-se!=g0g0!=gg!eosgeg!s~aoconstantesdeacoplamentodeterminadasem[15]. afunc~aoespectral2.19[8],obtendo-se[14]: Assim,apartirdasequac~oes2.20e2.18determina-searaz~aoderamicac~aodestedecaimento,deacordocomomodeloVMD:!= 0:370:14 AhipotesedeCVCestabeleceumarelac~aoentreasfunc~oesespectraisdosdecaimentos Br(!! )VMD=(1:220:56)% (2.21)!h comassec~oesdechoquedosprocessose+e!ho,ondeheumsistema hadr^onicocomnumerosqu^anticosigjpc=1+1.apartirdestahipoteseasraz~oes fornecidoporestahipotesee[16]: deramicac~aodevariosmodosdedecaimentos~aoprevistas.paraestecanalovalor Assim,umadeterminac~aoprecisadaraz~aoderamicac~aodoprocesso!!, Br(!! )CVC=(1:790:14)% (2.22) sistema!. permitediferenciarentreosdoismodelos,determinandoqualdescrevecorretamenteo Correntede2aClasse Estacorrenteeentendidasupondo-sequeaconservac~aodeisospinforteevioladadevido adiferencaentreamassadosquarks,mdemu.

36 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 22 CadaestadoJPpossuiumadistribuic~aoangularcaracterstica.Eoestudodesta Figura2.3:Denic~aodo^anguloparaosistema!. distribuic~aopermiteobservarpossveiscontribuic~oesprovenientesdestacorrente. sendoo^angulonoreferencialderepousodo!entreanormalaoseuplanodedecaimento Paraosistema! estadistribuic~aoedenidaapartirdo^angulodenidocomo eoquartopon(gura2.3). JP=1+,somenteproduzidoporcorrentesde2aclassevetor-axiais,econstante(orbital Comopodeserobservadonagura2.4adistribuic~aoesperadaparaumestadocom vetorialde1aclasseeproporcionalasen2. s)eparajp=0 eproporcionalacos2,enquantoqueaesperadaparaumacorrente noestadojpg=1 +.Oresultadomaisrestritivoeoapresentadoem[12],cujolimite Osestudosrealizadosatehoje[8,9,11,12],observaramosistema! dominantemente colocadoparacontribuic~oesdecorrentede2aclasseemenorque8:6%comcl=95%.

37 Captulo2.Considerac~oesTeoricas 23 Figura2.4:Distribuic~oesesperadasparaosistema! dashipotesesjp=1+;1 ;0.

38 Captulo3 OAparatoExperimental 3.1 Noinciodosanos80,acomunidadeeuropeiadefsicadealtasenergiasdecidiuconstruir Oacelerador umgrandeaceleradorcolisordepositronseeletrons,olep[17](largeelectronpositron ospar^ametrosdoaceleradorforamajustadosparaqueesteoperasseemduasfases.a collider),comamotivac~aoderealizarmedidasprecisasdateoriaeletrofraca.destaforma, primeira(lepi),aumaenergiadecentrodemassa,ps91gev,proximaaopicode resson^anciadoz,visandooestudodaspropriedadesdestebosonneutro.easegunda fase(lepii),aumaenergiadecentrodemassa,nointervalo( )GeV,visando aexplorac~aodenovafsicanosetoreletrofraco. EstalocalizadoparcialmentenaFrancaeparcialmentenaSuca,noCERN(aabreviac~ao Caractersticasgerais provemdadesignac~aooriginal1francesaconseileuropeenpourlarecherchenucleaire). Oaneldocolisorpossui26;66kmdepermetro.Foiconstrudoabaixodosolonuma 1Adenominac~aoatualeLaboratorioEuropeuparaFsicadePartculas. 24

39 Captulo3.OAparatoExperimental 25 profundidadequevariaentre50 150m,comum^angulodeinclinac~aoiguala0:8.Esta Figura3.1:Vis~aoesquematicadainclinac~aodocolisorLEP. montanhasdojura. inclinac~ao(vejagura3.1)foifeitaparaminimizaraprofundidadeemquepenetrana raiodecurvatura,=3096m,alternandocomoitosec~oesretasde500mdeextens~ao. Oaneldoaceleradortemaformadeumoctagono,comoitoarcosdecrculocom Assim,osfeixesaoseremaceleradospassamoitovezespelamesmacongurac~ao. dedipolosmagneticos.afocalizac~aoefeitaporquadrupolosmagneticosposicionados Osfeixesdeeletronsepositronss~aomantidosnostrechosdeorbitacircularpormeio cargasopostasemesmamassa,podemcircularnomesmotubocomomesmoarranjode tantonosarcosdoanelquantonassec~oesretas.comoeletronsepositronspossuem magnetos.osfeixespossuemamesmaenergiaedestaformaosistemaderefer^enciado centromassacoincidecomodolaboratorio.aenergiadisponvele: ECM=2Efeixe:

40 Captulo3.OAparatoExperimental 26 Figura3.2:Osquatropontosdeinterac~aodoLEPcobertospelosdetetores:ALEPH, DELPHI,L3,OPAL. 25cmdedi^ametro.Apress~aoemantidaem10 9Torreproximoaospontosdeinterac~ao Otubodofeixeefeitodealumnio.Possuiumaformaovaladacom10cmdealturae maisainterac~aoentreaspartculasdofeixeeasmoleculasdogasresidual. estevalorereduzidoparaaproximadamente2:10 10Torr,comointuitodediminuirainda servadonagura3.2,s~aoequipadascomosdetetores:aleph(apparatusforlep Ascolis~oesdosfeixesocorremnassec~oesretasequatrodelas,comopodeserob- PHysics),DELPHI(DEtectorwithLepton,PhotonandHadronIdentication),L3 (LEP-3),OPAL(OmniPurposeApparatusforLEP).Osdetetoresprocuramcobrir assuntoreetenumaescolhaparticularnoprojetodecadadetetor. todososaspectosacessveisdafsicadesteexperimento,masa^enfasenumdeterminado

41 Captulo3.OAparatoExperimental 27 detetoresparareconstruc~aodotracousando-secamposmagneticosproduzidospor Ascaractersticascomunss~ao: calormetroseletromagneticosparamedidasdeenergiadosfotonseeletronsem solenoides,permitindoamedidadomomentodaspartculascarregadas; calormetroshadr^onicosec^amarasdemuons; quasetodo^angulosolido; detetorescapazesdereconstruirverticesprovenientesdodecaimentodehadrons 3.1.2constitudosporquarksbec,edolepton; Oseletronsepositronssofremumprocessodeacelerac~aogradualemdistintosaceleradores Osistemadeinjec~ao (gura3.3). dorlinearlil-v(lepinjectorlinacs)ateatingiremumaenergiade200mev.colis~oes Naprimeiraetapanaqualpositronss~aogerados,eletronss~aoaceleradosnumacelera- comumalvodetungst^eniolevamaproduc~aodepositronscomumaenergiamediade 10MeV.Ospositronss~ao,ent~ao,aceleradosporumsegundoaceleradorlinearLIL-Wate umaenergiade600mev.oseletronsparaofeixedeeletronss~aoproduzidosaumaenergia de10mevporumcanh~aodeeletronses~aoinjetadosdiretamentenosegundoacelerador linearlil-w.oproximoestagionestacadeiaeatransfer^enciadoseletronsepositrons feitoparacompensaroritmolentodeproduc~aodepositrons,permitindodestaformao paraumanelacumulador,epa(electronpositronacumulator).estearmazenamentoe

42 Captulo3.OAparatoExperimental 28 CERN Accelerators ALEPH LEP OPAL North Area SPS L3 DELPHI West Area electrons positrons protons antiprotons Pb ions TT10AAC TTL2 * pbar TT2 ISOLDE PSB E1 E0 TT70 PS East Area LPI e + e - * EPA LIL e - p LINAC2 LINAC3 Figura3.3:ComplexodeaceleradoresdoCERN,permitindoobservarosistemadeinjec~ao Pb ions E2 LEAR South Area dolep:lil(lepinjectorlinacs),epa(electronpositronacumulator),ps(proton Large Electron Positron collider LPI: Lep Pre-Injector SPS: Super Proton Synchrotron EPA: Electron Positron Accumulator Syncrotron),SPS(SuperProtonSyncrotron). AAC: Antiproton Accumulator Complex LIL: Lep Injector Linac ISOLDE: Isotope Separator OnLine DEvice LINAC: LINear ACcelerator PSB: Proton Synchrotron Booster LEAR: Low Energy Antiproton Ring PS: Proton Synchrotron Rudolf LEY, PS Division, CERN,

43 Captulo3.OAparatoExperimental 29 aumentodaintensidadedosfeixes.estesaosaremdoanelacumuladorseguemparaops SPS(SuperProtonSyncrotron)atingindo20GeV.Oseletrons(positrons)a20GeVs~ao, (ProtonSyncrotron)ondes~aoaceleradosate3:5GeV.Emseguida,s~aotransferidosparao ent~ao,injetadosnolepem`aglomerados'eaceleradosateatingiremaenergiadesejada. Partculascarregadasaoseremaceleradasnumaorbitacircularderaio,emitemradiac~ao Perdadeenergiaporradiac~aosncroton eaenergiaperdidaemcadavoltaedadapor[18{20]: comefeixe=energiadofeixe(gev)doseletrons(positrons),mees~aoamassaeacarga E(MeV)=43e22E4feixe m4=0:0885e4feixe ; (3.1) doeletrone=v=c1(paraoeletron).destaforma,vemosqueaunicamaneirade minimizaraperdaeaumentaroraiodecurvatura,justicandoagrandedimens~aodo acelerador. nasegundafasedeoperac~aodeaproximadamente2330mev=partcula=volta.estaperda Estaperda,naresson^anciadoZ,foideaproximadamente140MeV=partcula=volta,e deveserrepostapelosistemaderadiofrequ^encia[19,20]. Zfoiobservado16minutosaposoinciodesuaoperac~aoem13deAgostode1989pelo Aconstruc~aodoLEPedosquatrodetetoresterminouemjulhode1989.Oprimeiro detetoropal. dezcoletados.nonalde1995,entrouemseunovoregimedeoperac~ao.natabela3.1 OLEPIobtevecercade145pb 1deluminosidadeintegrada,comcercade16milh~oes

44 Captulo3.OAparatoExperimental 30 Energia(GeV) PerododeOperac~ao julho-agostode1996 novembrode1995 LuminosidadeIntegrada(pb 1) 183 outubro-novembrode s~aofornecidosaenergia,operododeoperac~aoealuminosidadeintegradaporexperimentodestenovoregime. Tabela3.1:EtapasatingidasnoprocessodeaumentodeenergiadoLEP ede,aproximadamente, pb 1=anoeporexperimento. Espera-seatingir150pb 1a192GeVem1998.Aluminosidadeesperadanosanosde 3.2 ODELPHI[21,22]estasituadonumpocoa100mdeprofundidade,numdosquatro OdetetorDELPHI duasregi~oes:aregi~aocentral,quepossuiumaformacilndricacomcercade10mde pontosdeinterac~aodolep.ecompostopor19subdetetores(gura3.4)dispostosem pordoiscalormetroseletromagneticos.destaformaacoberturaem^angulosolidoede di^ametroe10mdecomprimento,earegi~aofrontalqueecompostaporduastampase quase4. neira:oeixozeparaleloalinhadofeixecomzpositivonadirec~aodofeixeincidentede OsistemadecoordenadascartesianasusadonoDELPHIedenidodaseguintema- eletrons,oeixoxapontaparaocentrodoaneldolepeoynadirec~aovertical.em eeo^anguloazimutalnoplanox y,medidoapartirdoeixoxpositivonosentido coordenadaspolares,eo^angulopolarmedidoapartirdoeixozpositivo,0<180,

45 Captulo3.OAparatoExperimental 31 Forward Chamber A Forward RICH Forward Chamber B Forward EM Calorimeter Forward Hadron Calorimeter Forward Hodoscope Forward Muon Chambers Barrel Muon Chambers Barrel Hadron Calorimeter Scintillators Superconducting Coil High Density Projection Chamber Outer Detector Barrel RICH Small Angle Tile Calorimeter Quadrupole Very Small Angle Tagger Beam Pipe Vertex Detector Inner Detector Time Projection Chamber Surround Muon Chambers Figura3.4:DetetorDELPHI. DELPHI

46 Captulo3.OAparatoExperimental 32 anti-horario,0<360.acoordenadaradial,r,edadaporr=px2+y2. feixeinterferemomenospossvelnasmedidasrealizadaspelosqueseencontramnaregi~ao Ossubdetetoresest~aoorganizadosdeformaqueosquecammaisproximoaotubodo maisexternadodetetor.destamaneiraosdetetoresparaidenticac~aodepartculass~ao quenelespenetram,comexcec~aodosusadosparaaidenticac~aodemuons(s~aoasunicas colocadosantesdoscalormetros,poisestesalteramadirec~aoeaenergiadaspartculas partculascarregadasqueatravessamtodoodetetorepodemseridenticadasnaregi~ao externa). ordem: Comecandoapartirdotubodofeixe,asmedidasnobarrils~aorealizadasnaseguinte asposic~oesdosverticesprimarioesecundarioprovenientesdodecaimentodoshadronsconstitudosporquarkscebededecaimentosdos~aomedidosnodetetor areconstruc~aotridimensionaldatrajetoriadaspartculascarregadasefeitapela devertices,ovd(vertexdetector); toresinternoid(innerdetector)eexternood(outerdetector)complementam c^amaradeprojec~aotemporaltpc(timeprojectionchamber).ovd,eosdete- aidenticac~aodepartculaserealizadapelorich(ringimagecherenkovdetector)epelatpc; estainformac~ao; amedidadaenergiadosfotonseeletronsefeitapelocalormetroeletromagnetico

47 Captulo3.OAparatoExperimental 33 aidenticac~aoderaioscosmicoserealizadausando-seadiferencadetempoentre HPC(HighdensityProjectionChamber); amedidadaenergiadoshadronsefeitanocalormetrohadr^onicohcal(hadron ossinaisdadospeloscintiladoresdotof(timeofflight); aidenticac~aodemuons(comenergiasuperiora3gev)efeitapelasc^amarasde CALorimeter); Nastampasaorganizac~aoefeitademaneirasimilar.C^amarasfrontaisdetraco muonsmub(barrelmuonchambers). deluzcherenkovfrontalfrich(forwardringimagingcherenkovdetector).apos FCA(ForwardChamberA)eFCB(ForwardChamberB)intercaladascomodetetor estasc^amarasv^emoscalormetroseletromagnetico(femc-forwardeletromagnectic Calorimeter)ehadr^onicoHCAL,asc^amarasdemuons,MUF(ForwardMUonchambers) emus(surroundmuonchambers).proximoaotubodofeixetemosdoiscalormetros Tagger)usadosparaadeterminac~aodaluminosidade. eletromagneticos,ostic(smallangletilecalorimeter)eovsat(verysmallangle Produzumcampomagneticohomog^eneode1.2Tparaleloalinhadofeixecomuma Solenoidesupercondutor correntede5000a.tem5.2mdedi^ametroe7.2mdecomprimento.suanalidadee permitiradeterminac~aodacargaedomomentodaspartculascarregadas,cujostracos s~aoreconstrudosnosdetetoresdetrajetorias.

48 Captulo3.OAparatoExperimental DetetordeVertices(VD):Eumdetetordesilciodealtaprecis~aoquemede Medidadetrajetorias aposic~aodostracoscarregadosemateseispontosbemproximosaregi~aodeinterac~ao,auxiliandonareconstruc~aodotracoemelhorandoaresoluc~aonomomento. Estedetetoreimportantenoestudodequarkspesadosedolepton,comomencionadoanteriormente,poisestaspartculasdecaemrapidamente.Eformadopor tr^escamadascilndricasconc^entricas(gura3.5),sendocadaumaformadapor24 moduloscomaproximadamente10%desuperposic~aoem.nosistemausadoem 1994,cadamoduloeracompostopor4placasdesilcioalinhadasnadirec~aoz. Osraiosmediosdecadacamadamediam6.3,9e11cm.Acamadamaisinterna duasmaisexternasmediam24cmecobriamaregi~aoangularde43<<137. possua28cmdecomprimento,cobrindoaregi~aoangularde25<<155.as exig^enciasdafsicadolepii.entreasmodicac~oesestaainclus~aodovft(very Estedetetorpassouporumaultimaatualizac~aoem1996paraatenderatodasas ForwardTracker),queaumentaacoberturaabaixos^angulos(10<<25)e comissocontribuiparaumamaiorhermeticidadenodelphi,alemdemelhorara reconstruc~aodetracosnaregi~aofrontal.adeterminac~aodacoordenadadovertice primarioesecundarioefeitacomumaresoluc~aoemrde8mparaumunicotraco ede150mnaseparac~aoentredoistracos.umadescric~aodetalhadadodetetore deseufuncionamentopodeserencontradaem[23].

49 Captulo3.OAparatoExperimental 35 (a) Figura3.5:(a)DetetordeMicroverticesdoDELPHI.Osistemaapresentadocorresponde (b) usadoem1994. aousadoem1996.(b)eventdisplaydeumcandidatoab,naregi~aodobarrildovd

50 Captulo3.OAparatoExperimental 36 hadr^onicodoz. Figura3.6:DetetorInterno(ID)doDELPHIcomumtracoproduzidopelodecaimento DetetorInterno(ID):Estedetetor[24]temcomoprincipaisfunc~oesofornecimentodeumamedidaprecisadotracoproximoaopontodeinterac~ao,aseparac~ao porduascamadascilndricasconc^entricas(gura3.6).ainternaeumac^amarade dotracodosjatosedefornecerainformac~aodetriggerparaatpc.ecomposto deriva[19]quemedeate24pontosportracoeesegmentadaem24setoresde15em tracosede1mm.acamadaexternaeformadapor5c^amarasmultilaresproporcionaisconc^entricascom192anodosparalelosadirec~aodofeixe.estacamada.possuiumaresoluc~aode60memre1.5mradem.aseparac~aoentredois eusadanotriggeretambempararesolveraambiguidadedacamadamaisinterna emzdestacamadaparatracosisoladosdependedevariandoentre0.5mm(90) aodeterminarseapartculapassouadireitaouaesquerdadosos.aresoluc~ao e1mm(30).em1995estedetetorpassouporumaatualizac~ao.asc^amarasmultilaresforamsubstitudasporcincocamadascilndricasconc^entricasdedetetores

51 Captulo3.OAparatoExperimental 37 fils d'amplification axe des faisceaux pavés dérive des électrons d'ionisation trace d'une particule chargée enceinte en matériaux composites plaque H.T. Figura3.7:C^amaradeProjec~aoTemporal(TPC)doDELPHI. chambre proportionnelle destrawtubes,com192osporcamada.fornecemmedidaemrepossuema mesmafunc~aoqueasantigasc^amarasproporcionaismultilares.mas,n~aohamais C^amaradeProjec~aoTemporal(TPC)[25]:EoprincipaldetetordetrajetoriasdoDELPHI.Eumac^amaradederivacilndrica(gura3.7)com2:7mde comprimento. nenhumamedidaemz. mantidosapress~aoatmosferica.ovolumedederivaeseparadoemduaspartespor Ovolumegasosoecompostocomumamisturade80%dearg^onioe20%demetano umdiscocentralsituadoem=90,queservecomoumaplacadealtatens~ao (20kV)paraaproduc~aodeumcampoeletricode150V/cmparaleloadirec~aodo campomagnetico(z).aregi~aoangularcobertae20<<160,masdevido 3,340 m 1,216 m

52 Captulo3.OAparatoExperimental 38 s~aodivididasem6setores.s~aoequipadascomumplanocompostopor192os apresencadestaplaca,haumaregi~aoinsensvelde2em=90.astampas anodicoseparalelamenteexisteumoutroplanocom16tirascirculares(catodos). Oprincpiodefuncionamento,comoilustradonagura3.7,eoseguinte:uma partculacarregadaaoatravessarodetetorionizaogascriandoeletronslivres.estes coletadanososqueinduzemumacarganastirascirculares.avelocidadedederiva eletrons,sobac~aodocampoeletrico,s~aodeslocadosparaastampasondeacargae eaproximadamente6:7cm=s.destaformapode-seobterascoordenadasnoplano rcomumaprecis~ao,r'250m.ainformac~aoemzedadamedindo-seotempo pode-sereconstruirumtracocomate16pontostridimensionaisnumraioentre dederivadoseletrons.aresoluc~aoobtidanestacoordenadaez'900m.assim, 40cme110cmdeterminadoapartirdopontodeinterac~ao.Alemdainformac~ao magnetico,atpcpodecontribuirparaaidenticac~aodepartculas,medindoa espacialedamedidadomomento,feitaapartirdacurvaturadotraconocampo DetetorExterno(OD)[26]:Estalocalizadoa2mdalinhadofeixe,cobrindo perdadeenergiaporunidadedecomprimento,de=dx(gura3.8). aregi~aoangular43<<137.ecompostopor24modulosemr,cadaum compostopor145tubosdederivadistribudosem5camadas.temduasfunc~oes 100m)eemz(resoluc~aode4:4cm),devidoaoseutempoderesposta(2s),e principais:fornecerumainformac~aorapidaparaotriggeremr(resoluc~aode melhorararesoluc~aonamedidadomomento,poisfornecesegmentosdetracoapos

53 Captulo3.OAparatoExperimental 39 de/dx (mip) Figura3.8:Perdaespeccadeenergia,dE=dx,naTPCemfunc~aodomomento. orich. p (GeV/c) C^amarasFrontaisAeB:Proporcionamsinaldetriggernaregi~aofrontalecomplementamaTPCnestaregi~aonareconstruc~aodetracosenamedidademomento. 1.C^amaraFrontalA[22,27]:Estaposicionadaemz=155cm,permitindo ecompostopor3c^amarasdeslocadasumaemrelac~aoaoutrade120es~ao acoberturaangular11<<33e147<<169.cadaladododetetor Aresoluc~aonamedidadeposic~ao(x,y)150m. divididasemdoissemidiscoscomraiointernode29cmeexternode103cm. 2.C^amaraFrontalB:Estaposicionadaemz=284cm,cobrindoaregi~ao angular13<<35e145<<167.cadaladododetetorecomposto

54 Captulo3.OAparatoExperimental 40 por2000osdivididosem12planosdeossensveis.aresoluc~aoespaciale Figura3.9:Astr^escamadasdaC^amaradeMuonCentral(MUB). C^amarasdeMuons[21]:T^emcomonalidadeaidenticac~aodemuons,quepor de150m. n~aoproduziremchuveiroseletromagneticosenemhadr^onicospenetramateestas c^amarasdederiva,quecobremgrandepartedo^angulosolido.s~aodivididasem tr^esdetetores: 1.C^amaradeMuonsCentral(MUB):S~aocompostasportr^escamadas(veja gura3.9):ainterna(imersanascamadasdeferrodocalormetrohadr^onico), aexternaeaperiferica,comraiosde445.5cm,479.3cm,532cmecobertura angularde50<<130.asegmentac~aodecadacamadaede224setores

55 Captulo3.OAparatoExperimental 41 ecadaumtemdoisplanosformadosporc^amarasdederiva.cadasetorda camadaperifericasesuperp~oeparcialmenteaossetoresdascamadasinternae externa.amaiorpartedostracoscruzamduascamadasproduzindo4pontos. Aresoluc~aonamedidadeumpontonoplanorede1mmede10mmna 2.C^amaradeMuonsFrontal(MUF):Eformadapordoisplanos,uminseridonacamadadeferrodoHCALeosegundoporfora.Cadaplanoe medidadacoordenadaz. segmentadoemquatroquadrantesde4:44:4m2,sendocadaumcomposto porduasc^amarasdederivaortogonais.complementaaregi~aoangularda 3.C^amaradeMuonsPeriferica(MUS):Foraminstaladasem1994visando C^amaraCentral,cobrindo15<<45eoequivalentepara z. regi~aomorta,50,entreac^amaracentraleafrontal.s~ao8setoresmoveis oaumentodacoberturaangularedahermeticidadedodetetor,cobrindoa destreamer[28]. (4emcadatampadoDELPHI),cadaumedivididoemdoisplanosdetubos Aidenticac~aodepons,kaonseprotonscommomentosnafaixade0:7 25GeV=c,e Identicac~aodepartculas feitausando-sedetetoresdeluzcherenkov,localizadosnobarril(brich-barrelring detector).norich[29]partculascarregadascruzandoosradiadoreslquidosegasosos2 ImagingCHerenkovdetector)enastampas(FRICH-ForwardRingImagingCHerenkov nafaixa2:5 25GeV=c. 2Oradiadorlquidoeusadoparaidenticac~aonafaixademomentos0:7 8GeV=ceoradiadorgasoso

56 Captulo3.OAparatoExperimental 42 gura3.10),ques~aocoletadosporc^amarasdeprojec~aotemporalcontendoumagente comumavelocidademaiorqueadaluznestesmeiosemitemfotons(efeitocherenkov, fotosensvel.osfotonsproduzidosporesteefeitos~aoemitidosnumconecentradona trajetoriadapartcula,reetidosemespelhosparabolicosouesfericosefocalizadosem imagensnaformadeaneis.aidenticac~aoefeitamedindo-seo^angulocherenkov,c medidaspermitemadeterminac~aodamassadapartcula. (^angulodesemiaberturadoconedeluzgeradopelapartcula),eomomento.estasduas Partícula Luz Cerenkov Espelho Foto-elétrons Radiador gasoso Luz Cerenkov Detetor de fótons UV Radiador Líquido 1.BRICH:Eumcilndrocom3.5mdecomprimento,di^ametrointernode246cme Figura3.10:EfeitoCherenkovsegundoaformaobservadapeloRICH. externode394cm,segmentadoemduasmetadesporumaparedecentralemz=0.

57 Captulo3.OAparatoExperimental 43 Cadametadecontem24setorescompostosdeumradiadorlquido,umdetetorde fotons(c^amaradederivaec^amaraproporcionalmultilar[19,28]),seguidodeum 2.FRICH:Ecompostoporduastirasc^onicas,divididasem12setores.Cadasetor radiadorgasosoeumconjuntodeespelhosparabolicos. contem3radiadoreslquidos,umac^amaradederiva,duasc^amarasproporcionais 3.2.4multilares,umradiadorgasosoeumconjuntodeespelhosesfericos. Estestiposdedetetoress~aonecessariosparaamedidadaenergiaedaposic~aodas Calormetros partculasneutras,quen~aos~aodetetadasnasc^amaras.proporcionaminformac~aoadicionalsobreaposic~aodaspartculascarregadasecontribuemparasuaidenticac~aoem virtudedamedidadeenergiaindependentedomomento. dasdiferentespartculasqueatravessamocalormetrosimultaneamente.asegmentac~ao Asegmentac~aodaleituradosinalenecessariaparaquesepossamediraenergia transversaladirec~aodeincid^enciadapartculadeterminaagranularidadedodetetor edestaformasuaresoluc~aoespacial.odesenvolvimentodeumacascatasobrevarios minac~aodopontodeentradadapartcula.alemdisso,comochuveiroseletromagneticos destessegmentospermiteoestudodoperltransversaldochuveiro,etambemadeter- ehadr^onicospossuempersdiferentes,oscalormetrosforneceminformac~aosobreanaturezadapartculacujaenergiaestasendomedida. {estesdoisultimosser~aodescritosnoproximocaptulo)eumcalormetrohadr^onico NoDELPHIexistem4calormetroseletromagneticos(HPC,FEMC,STICeVSAT

58 Captulo3.OAparatoExperimental 44 (HCAL). Figura3.11:Vis~aoesquematicadosaneisemodulosdaHPC. CalorimetroEletromagnetico(HPC)[30]:Eumcalormetrodeamostragem[19]agas,queusaotempodederivaparafornecerinformac~aotridimensional dadistribuic~aodecargainduzidapeloschuveiroseletromagneticos.cobrearegi~ao aneisaolongodadirec~aodepropagac~ao(z).cadaanelecompostopor24modulos angulardobarril,43<<137.eformadopor144modulosarranjadosem6 Osdoiscomponentesbasicosdecadamodulos~ao:omeioconversor,quedoponto em,comomostraagura3.11. tituemaregi~aodedetec~ao.omeioconversoreformadoporosdechumboque devistadadetec~aoecompletamentepassivo,easc^amarasproporcionaisquecons-

59 Captulo3.OAparatoExperimental 45 tafeitadebradevidro.estastass~aodobradasemformadeumacordeon,cada possuemumaformatrapezoidaleseencontramcoladosemambososladosauma Aestabilidademec^anicadosistemaedadaporumsuportedeaco,poisochumbo umcompostopor40paredesabsorvedoras,numtotalde19x3. eummaterialquesedeformacomfacilidade.estesuporteestapresentenosdois preenchidocomamisturagasosaar=ch4(80%/20%),queconstituiaregi~aode ladosdecadaacordeon.existeumaseparac~aode8mmentreasparedesdechumbo, meiodeumdivisordevoltagem.cadaregi~aodederivaecobertaporumac^amara deriva.atens~aoparacriarocampodederivaeaplicadaacadaumdosospor proporcionalmonolar,obtendo-seumaestruturadecatodos(pads)independentes. Estaestruturadeneagranularidadenascoordenadasradialeazimutal.Aterceira regi~aodeconvers~aoedederivaeseparadadaregi~aodedetec~aoporumgridque coordenadaedeterminadamedindo-seacargaemfunc~aodotempodederiva.a sinaldocatodoefazcomqueoganhodac^amarasejaindependentedocampode seencontraemcontatoeletricocomocatodo.istopermiteumaleituramelhordo deriva,alemdeproporcionarumamaiorsegurancanocasodarupturadeumo dasc^amarasproporcionais. interagemcomomaterialconversorproduzindoeletronssecundariosqueionizamo DestamaneiraquandoumeletronoufotonentranaHPC(vejagura3.12),eles dist^anciamediapercorridapeloeletronnochumboatesuaenergiacaira1/edovalorinicial. 3X(comprimentoderadiac~aocaractersticodomaterialabsorvedor)queparaestecasoea gas.oseletronsprovenientesdaionizac~ao,movem-selongitudinalmenteemdirec~ao

60 Captulo3.OAparatoExperimental 46 Figura3.12:PrincpiodefuncionamentodoCalormetroEletromagnetico(HPC). ac^amaraproporcionalondeacargaeamplicadaeosinalelidonocatodo.em provocaumadifus~aotransversadecarga,ahpcpodeserinclinadade5mrad virtudedaexist^enciadeumapequenacomponenteradialdecampomagnetico,que regi~oesmortas[31]queprovocamproblemasnareconstruc~aodaenergia.ems~ao paraummelhoralinhamentocomocampolocal.estecalormetropossuivarias 5:49;67;90;113e131.Aregi~aoem=90tem7cmdelarguraporcausado largura,correspondemaoespacousadoparaleituradasc^amaras.ems~ao24a espacoocupadopeloaneldesuportedocriostatoeasoutrasquatro,com5cmde naenergiamedidapodeserparametrizada[32]como, cada15.aresoluc~aoemenergiaedeaproximadamente6:5%.aprecis~aorelativa sendo(eemgev).oprimeirotermoestarelacionadoaoerrodaamostragemque (E)=E=0:0430:32=q(E); dependedaespessuradascamadasdeconvers~ao,dotamanhodaseparac~aoentre estasparedesedanaturezadomeiodeionizac~ao.osegundotermoincluitodos

61 Captulo3.OAparatoExperimental 47 oserrossistematicos,devidosaperdadeenergia,asaturac~aodogas,utuac~oesna calibrac~ao,instabilidades,etc.alemdaresoluc~aoemenergia,adeterminac~aode ponefoton{fotondepende,essencialmente,destaquantidade.aresoluc~ao(eletrons umaboaresoluc~aoespacialemuitoimportantenahpc,poisaseparac~aoeletron{ e0.31cmnosexternos.istocorrespondeaumaresoluc~aoquaseconstanteem, a45gev)emze,z=0:13cm,nosaneismaisinternos,0:22cmnosaneiscentrais CalormetroEletromagneticoFrontal(FEMC)[33]:Aregi~aosensveldo =0:6mrad.Em,=3:1mrad. 5mdedi^ametroe4532blocosdevidrodopadocomchumbonumtotalde20X.A detetore8<<35e145<<172.eformadopordoisdiscoscadaumcom CalormetroHadr^onico[21]:Eutilizadoparamediraenergiatotalhadr^onica resoluc~aoemenergiaparabhabhasede4:8%. magnetico.divide-seemduaspartes:acentral,cobrindoaregi~aoangular42:6< carregadaeneutra.estaincorporadoaoferrousadoparaoretornodouxo centraltem8mdecomprimentoeesegmentadoem24modulosemr.omaterialativo(c^amarasdeos)eimersonoespacode2cmqueexisteacada5cmde <137:4eduastampas,11:2<<48:5e131:5<<168:8.Odetetor detetoroperanomododestreamer.asbordasdeleituras~aosegmentadasemeletrodosquecoletamascargas.estess~aocortadosemformade`torres',direcionadas ferro.astampass~aosimilares,mascont^em19camadasentreasplacadeferro.o paraopontodeinterac~ao.aregi~aocobertaporestas`torres'ede=3:75e

62 Captulo3.OAparatoExperimental 48 =2:96,nobarrile=2:62,nastampas.Aprecis~aoemenergiadaregi~ao centrale,e=e=0:211:12=pe,(eexpressaemgev).otermoconstantee eletromagnetico. devido,principalmente,aomaterialexistenteentreestecalormetroeocalormetro ContadoresdeTempodeV^oo(TOF)[34]:Est~aolocalizadosnobarrila Cintiladores hadr^onico.s~aoformadospor172contadores(355192cm3),distribudosem umadist^anciade310cmdofeixe,entreosolenoidesupercondutoreocalormetro 44setores.Agura3.13permiteavisualizac~aodoarranjodoscintiladoresedo sistemadeleitura.cobremaregi~aoangular,41<<139,mashaumafalhaem =90de6cmdelargura.Servemparaumtriggerrapido,tantoparaeventosdo identicac~aodemuonsemconjunc~aocomoutrosdetetores.aresoluc~aotemporal feixecomoparaeventosderaioscosmicos,efornecem,tambem,informac~aoparaa HodoscopioFrontal[21]:Temcomonalidademelhoraradetec~aodemuonsea e,t=1:2ns,correspondendoaz=20cm. porumplanocintilador(emcadatampa)queesegmentadoem4quadrantes.cada eci^enciadosistemadetriggerparaeventosderaioscosmicosedofeixe.eformado resoluc~aotemporalede,t=5ns.aleituradoshitseasmedidasdetempo(uma quadrantecontem28contadores.estainstaladoaposocalormetrohadr^onico.a porcadaquadrante)s~aocombinadascomasdasc^amarasdemuonsfrontais.

63 Captulo3.OAparatoExperimental 49 TempodeV^oo. Figura3.13:ArranjodoscintiladoresedasfotomultiplicadorasusadasnosContadoresde

64 Captulo3.OAparatoExperimental Osistemadetrigger[35]desempenhaumpapelfundamentalnacadeiadetomadade Sistemadetrigger temquegravarumcertoeventoouseestesistemadevelimparosbuerseaguardarpelo dados,decidindoseosistemadeaquisic~aodedados(dataaquisitionsystem{das) proximoevento. s~aotriggersdehardwareeest~aosincronizadoscomocruzamentodosfeixes(beamcross NoDELPHIestesistemaedivididoemquatronveis.Osdoisprimeiros,T1eT2, Over)queocorreacada11s(1994).Quandoumsinalchegaanunciandoocruzamento, ainformac~aoindividualdosdetetoresmaisrapidos(detetoresdetracoecintiladores,com Nestaetapas~aotestadasquantidadescomoaexist^enciaoun~aodeumtraco,aexist^encia respostadaordemdecentenasdenanosegundos)eusadaparaoprimeironvel(t1). nestenvelepositiva,s~aonecessarios39sparatomadadedecis~aodosegundonvel(t2). deenergiaacimadeumlimiar,etc.otempodedecis~aoede3.5s.quandoaresposta Nestaetapas~aousadasasinformac~oesdedetetorescomumlongotempodederiva,como aperdadeumbco,paraumeventoquetenhapassadoport1.searespostaepositiva atpc,hpcecombinac~aodesinaisprovenientesdediferentessubdetetores,oqueleva seprepararparaoproximoevento.istoquerdizerquesemprequehouverumaresposta emt2,odasprecisadepelomenos3ms,paralimparosfebs(frontendbuers)e seguintes(t3et4),s~aotriggersdesoftwarees~aoassncronoscomrelac~aoaobco.no positivanestenvel,oexperimentoca`cego'paraosproximos300bcos.osdoisnveis T3,s~aocalculadasalgumasquantidadesparaatomadadedecis~ao,oqueleva30ms.No

65 Captulo3.OAparatoExperimental 51 T4,umareconstruc~aosimplicadaefeitaentre ms,quandoefeitaumaprimeira 1=2.Oseventosaceitosaposestasquatroetapas,s~aotransferidosparacomputadores identicac~aodoseventos.estasduasultimasetapasreduzemacontaminac~aoporfator centraisearmazenadosemtasmagneticas. Oprincipalobjetivodeumprogramadesimulac~aoereproduzir,omaisproximopossvel, Simulac~aoeReconstruc~ao osdadosreaisusandomodelosquegeramosprocessosprimarios.estess~aotratados, pelosprogramasdereconstruc~aoedeanalise,damesmaformaqueosdadosreais.isto eomaterialdeques~aocompostos. englobaarespostadadapelodetetor,levandoemconsiderac~aoseusdetalhesgeometricos gram)[36]cujasadatemomesmoformatoqueasadadadapelodetetor,destaformaos Oprogramadesimulac~aodoDELPHIeoDELSIM(DELPHISIMmulationpro- mesmosprogramasdereconstruc~aoeanalisepodemserusados.oprocessodesimulac~ao podeserdivididoemtr^espartes: 1.OprogramadeMonteCarlofazusodeummodeloparaagerac~aodosprocessos WIG[38]eARIADNE[39]paraosprocessose+e!qq,DYMU3[40]parae+e primarios.estesprocessoss~aogeradosporprogramascomoojetset[37],her- 2.Simulac~aodainterac~aodapartculacomomaterialdodetetor.Destaformaas!+,BABAMC[41]parae+e!e+e,eKORALZ[42]parae+e!+. mentocompton,produc~aodepar,bremsstrahlung,convers~aodefotons,eoutros), interac~oess~aosimuladaslevando-seemcontaprocessoseletromagneticos(espalha-

66 Captulo3.OAparatoExperimental 52 dentrodogeant[43]),espalhamentomultiplosedecaimentosdepartculascom interac~oesnucleares(usa-seogeanthqueeosimuladordeinterac~oeshadr^onicas 3.Acompanhamentodaspartculasdentrodoscomponentesativosdodetetoresimulac~aodarespostadecadadetetornaformadesinaiseletr^onicos.Osresultadoss~ao pequenavidamedia; ODELSIMeutilizadonasduasultimasetapas. armazenadosnamesmaestruturadebancosdedadosdosdadosreais; efeitapelodelana(delphianalysisprogram)[44].a`espinhadorsal'desteprogramaeopacotetanagra(trackanalysisandgraphicspackage)[45]quefornece Areconstruc~aodoseventosdossinaisdosdetetores(dados`crus'{simuladosereais) umaestruturabemdenidaparaoarmazenamentodetrajetoriaseinformac~aosobreos verticesnumformatoindependente.,!oprogramadecadasubdetetor,deformaindependente,decodicaossinaisarmazenados,transformando-osemdadoscalibrados,td(trackdetector); Osestagiosdareconstruc~aos~ao:,!Osdadosdosdiferentessubdetetoress~aorelacionadosprocurando-sepossveiselementosdetraco,TE(TrackElement),quepodemser,porexemplo,simplesmente pontosemrourznovd;,!astrajetoriasdaspartculass~aoreconstrudasconectando-seosdiferentestes,procurandooscandidatosatraco,ts(trackstring);

67 Captulo3.OAparatoExperimental 53,!OsTSs~aoajustadossegundoahipotesedetracoisolado,formandoosTK;,!Tracoss~aoextrapolados,numprimeiroestagio,paradentrododetetore,numsegundo calormetroseletromagneticoehadr^onicoquen~aos~aoassociados,s~aoconsiderados estagioparaoscalormetrosondechuveiross~aoassociadosaostracos.chuveirosnos fotonsehadronsneutros.ostkss~aoreunidosemgrupostb(trackbundles), representandocandidatosavertices,ques~aoajustadosdandolugaraostvs(track OTANAGRAconstroiaestruturadoseventosreconstrudosnumacadeiahierarquica Vertex). traco,chuveirosouvertices,preservandoasrelac~oeslogicasentreeles(qualbancodo debancos.estesbancoscont^emainformac~aosobreospontosespacias,elementosde criarobancodevertices,qualbancodoscalormetrosfoiassociadocomosbancosde detetorfoiusadoparaconstruirobancodetracos,qualbancodetracosfoiusadopara desabilitado,substitudo). tracos,...)easituac~aodecadabancodentrodaestruturadeeventos(ativo,n~aoativo, tasmagneticas,asdst(datasummarytapes)[46].oprogramadeanalisedadst, Asinformac~oesfsicass~ao,ent~ao,extradasdoTANAGRAes~aoarmazenadasem paracriaroutrosbancosdedados.atualmente,s~ao5: odstana(datasummarytapeanalysis),atuasobreadstesuasadaeutilizada,!raw:contemosdadoseletr^onicoslidospelodetetor,eomaiorbanco(emtermosde tamanho);

68 Captulo3.OAparatoExperimental 54,!FullDST:eproduzidapeloDELANAusandoobancoanterior.Conteminformac~oes detalhadassobreoseventospossibilitando,porexemplo,reajustarastrajetoriasusandoconstantesdealinhamentodiferentes,corrigirdistorc~oes,rodar,novamente, osprogramasdeidenticac~aodeeletrons,muonsouhadronscomconstanteseprocedimentosaperfeicoados.,!shortdst[47]:produzidapelodstana,apartirdadst.emaiscompacto estudosdedecaimentoshadr^onicosdez; permitindoumaanalisemaisrapidadosdados.s~aousadas,principalmente,para,!longdst[48]:armazenaoseventosidenticadoscomocandidatoslept^onicos dosdecaimentosdoz.contemcercade1=3doseventosdetodasasdst.osdecaimentoshadr^onicosdoz,querepresentamcercade90%dosdadoscoletados,s~ados.paraenergiadecentrodemassadaordemde91gev,oseventoshadr^onicos separadosdosestadosnaislept^onicosatravesdamultiplicidadedetracoscarrega- ate12partculascarregadasreconstrudas,consegue-searejeic~aodesteseventos, possuememmedia20partculascarregadas.mantendo-seoseventosquetenham eaquefoiusadacomopontodepartidadaanalisedescritanestetrabalho. preservandotodososdecaimentoslept^onicosarmazenados.estaamostradedados,!minidst[49]:s~aobancosbemreduzidos,contendoinformac~aomnimaparaanalisesespeccas. ODSTANA,contementreoutrospacotes,osseguintesquerealizamaidenticac~aode partculas(criandocodigospadronizados)es~aousadosnaanalisedescritanestatese:

69 Captulo3.OAparatoExperimental 55,!ELEPHANT(ELEctronPHotonANalysisTool)[50]:realizaaidenticac~aode Detetaconvers~aodefotonseidenticaradiac~oes.Todasaspartculasques~aotidas eletrons,fotonsesusandoasinformac~oesfornecidaspelahpc,femcetpc. reconstruc~aodomomento,especialmentedeeletronsqueirradiaram.estepacote comocandidatasaeletrons~aoreanalizadas,comointuitodefornecerumamelhor DST.Umbancoparaoecriadoquando2fotonss~aoidenticadoscomoproduto n~aosorealizaaidenticac~aodaspartculascomotambemmudaaestruturada quandoumaconvers~aoeidenticada.poroutrolado,quandoidenticaumaradiac~aoprovocaumamudancanaestrutura,poisofotonirradiadoeassociadoao dodecaimentodestapartcula.damesmaforma,umbancoparaofotonecriado programas: eletronqueoirradiouaoinvesdoverticeprimario.atualmente,ecompostopor4 ELECID:realizaaidenticac~aodeeletronsnaregi~aodobarril; PXPHOT:identicac~aodefotonsenobarril; FWELID:realizaaidenticac~aodeeletronsnaregi~aoforward;,!MUFLAG[51]:eopacotedeidenticac~aodemuons.Baseia-senaprobabilidade ELEFIT:programasdeajuste. regadas,fazendo-seaextrapolac~aodatrajetoriadestaspartculasateestasc^amaras. dequepontosmedidosnasc^amarasdemuonsforamoriginadosporpartculascar- hadr^onicoedeixarsinaisnestasc^amaras,inclui-seoperldadeposic~aoemenergia Comoalgunsponsdealtaenergiaconseguempenetrarportodoocalormetro

70 Captulo3.OAparatoExperimental 56,!TAUPLUS[52]:trata-sedeumsoftwarepadr~aousadonaanalisedo.Foidesenvolvidopormembrosdogruporesponsavelpeloestudodafsicadesteleptonno nohcalnosalgortmosdereconstruc~ao. DELPHI,parafacilitaretornarcoerenteasdiferentesanalises,feitaspelosmembrosdacolaborac~aoDELPHI.Podeserseparadoemdoispacotes:umcontemum conjuntodesubrotinas(entrada/sada)quel^eemadstecriamblocoscomuns,armazenandoasinformac~oesdoseventoseooutro,contemumconjuntodesubrotinas queusamestesblocoscomunsparaocalculodequantidadesfsicas. GRA[53](DELPHIGRAphicsprogram),quepermiteavisualizac~aocominformac~ao Paraavisualizac~aodeeventos,oDELPHIpossuiumpacotegracointerativo,oDELevento.Permiteoestudododesempenhododetetoreconrmac~aoderesultadosdos detalhada(reconstruc~aodotraco,identicac~aodepartculas,quantidadesfsicas)deum programasdeanalisecomo,porexemplo,areconstruc~aodeumchuveiroeajustesde tracos. OprogramadeMonteCarloKORALZjuntamentecomabibliotecadodecaimentodo, KORALZ{Ogeradordopar+ energianecessariaparaaproduc~aodobosonz.okoralzeusado,primeiramente, TAUOLA[54],s~aousadosparageraroprocessoe+e!+ paraenergiasproximasa paragerareventose+e ()!+ ()dentrodosetoreletrofracodomodelopadr~ao Mnimo,levando-seemconsiderac~aoprocessosderadiac~aodeestadoinicialeounalate segundaordememem.mas,somenteatrocadeumzeconsiderada.aposgerarestes

71 Captulo3.OAparatoExperimental 57 CanaldeDecaimentodoRaz~aodeRamicac~ao(%)! ee K a1 K h KK 33 2K 0.02 KK 0.09 K K2 2K KK raz~oesderamicac~ao. Tabela3.2:Modosdedecaimento!Xcomosrespectivosvaloresusadosparaas 0.28 dedecaimentocomasrepectivasraz~oesderamicac~aolistadasnatabela3.2. eventosotauola(vers~ao2.0)eusadoparagerarodecaimentodopar.inclui22modos segundoaqedparaosdecaimentoslept^onicoseaproximadasparaosoutroscanais. S~aoincludascorrec~oesfracasateprimeiraordem,correc~oesexatasdeprimeiraordem eletrofraca,masparaomodohadr^onicos~aoadicionadosmodelosqueusamconsiderac~oes Adin^amicadodecaimentolept^onicodotauecompletamentegovernadapelateoria

72 Captulo3.OAparatoExperimental 58 deespacodefaseparaocalculodoselementosdematriz.assim,ummodelodeespacode faseeutilizadoparaadicionarasresson^anciase!aodecaimento!3heomodelo KuhneSamarita[55]eusadoparagerarodecaimentoem3.Osvaloresusadosparaa massaelargurado!s~ao: m!=0:782gev=c2;!=0:0085gev:

73 Captulo4 LuminosidadeeHermeticidade interac~oesqueocorremporunidadedearea,porunidadedetempo.ataxadeeventos Umpar^ametroimportantedeumaceleradorealuminosidade[56,57]ouonumerode paraumdadoprocessox,comsec~aodechoqueacc daenergiadofeixexaacc X.Comooqueseprocuraeteramaiorestatsticapossvel,ao XedadapordNX dt=acc XL.Aescolha amaximizarataxadeeventosedestaformal. seconstruirumaceleradorprocura-sefazerumaboaescolhadeseuspar^ametrosdeforma constantedenormalizac~aonecessariaparaaobtenc~aodesec~oesdechoqueabsolutas. Amedida,comaltaprecis~ao,daluminosidadeemuitoimportante,poisfornecea Aluminosidadeintegradadenidacomo[58]: L=Zt 0Ldt=NX ondenxeonumerodeeventosproduzidosnumprocessoxsubtraindo-seacontaminac~ao, acc X; (4.1) detetor(): NX=Nobs Nconteacc Xeasec~aodechoquedesteprocessocorrigidapelaeci^enciado X=Zdacc d()d,sendoo^angulosolido X 59

74 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 60 emuitousada,poismultiplicadapelasec~aodechoqueforneceonumerototaldeeventos produzidosduranteumintervalodetempot. Astomadasdedadosde1989a1992foramrealizadasusando-se4`aglomerados'igualmenteespacados,comosfeixesatravessandocadapontodeinterac~ao(BCO)acada NoLEP,ofeixedeeletronsepositronsecompostopor`aglomerados'departculas[59]. eumbcode11s.onomepretzelvemdaapar^enciadosfeixesqueeramforcadosa 22s.Em1993usou-seoesquemapretzel,com8`aglomerados'igualmenteespacados realizaroscilac~oesnoplanohorizontalparaevitarqueinterac~oesparasitariasocorressem nopontoemqueosfeixesdeeletronsepositronspodiamsecruzarnomeiodestesarcos, nomeiodosarcosentreospontosdeinterac~ao.estasoscilac~oespossuamummaximo maximizandoaseparac~aoentreestaspartculasedestaformaimpedindoqueascolis~oes ocorressem.esteesquemafoiabandonadoem1995adotando-seumnoqualosfeixes Ostrenseramigualmenteespacadoseadist^anciaentreos`aglomerados'eradeterminada eramcompostospor4`trens'comnomaximo4`aglomerados'cadaeumbcode22s. feixes,nesteesquema,efeitanoplanovertical,sendorealizadanassec~oesretasen~aonos pelocomprimentodassec~oesretasemtornodospontosdeinterac~ao.aseparac~aodos arcosdoacelerador.paraacomodaros4`aglomerados'por`trem'adist^anciaentreestes `aglomerados'deveriaserde247ns(ou87comprimentosderadiofrequ^encia).mas,esta Decidiu-se,ent~ao,operardurantepartedoanocom3`aglomerados'por`trem'eparte separac~aon~aoerasucienteparaevitarasinterac~oesindesejadasnoquarto`aglomerado'. rar,com2`aglomerados'por`trem',separadospor118comprimentosderadiofrequ^encia, comsomente2por`trem'.em1996,comoaumentodaenergiadofeixe,decidiu-seope-

75 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade oquecorrespondea8`aglomerados'porfeixe.amesmacongurac~aofoimantidapara emqueosfeixessecruzamnospontosdeinterac~ao.adensidadeedadapelonumero Aluminosidadedependedadensidadedepartculasnestesaglomeradosedafrequ^encia departculascontidasnosaglomerados(ne+ene )epelasdimens~oestransversaisdo merados'porfeixe,k,eafrequ^enciaderevoluc~ao,f.aluminosidadepodeserexpressa feixe[17](x,y)1.afrequ^enciaeobtidafazendo-seoprodutoentreonumerode`aglo- emfunc~aodestespar^ametrospelaseguinteformula[60]: L=kfNe+Ne Ospar^ametrosNe;x;yn~aos~aobemdeterminadosparaumaobtenc~aoprecisada 4xycm 2s 1: luminosidade.umamelhorprecis~aopodeserobtidausando-seumprocessocomuma medidos. sec~aodechoquebemconhecidaequedependademenospar^ametrosqueprecisamser contando-seonumerodeeventosdeespalhamentobhabhaabaixos^angulos: Naprimeirafasedeoperac~aodoLEP,aequac~ao4.1eusadaparamediraluminosidade Aescolhadesteespalhamentopodeserjusticadapelasseguintesraz~oes: e+e!e+e (n)(<11:5o); 1.eumprocessodescritobasicamentepelaQED,destaformaasec~aochoquepode xeovalorquadraticomediodadimens~aohorizontaldofeixeeydadimens~aovertical. 1Aformados`aglomerados'edescritaporumadistribuic~aoGaussiananoespacodedimens~ao6,onde sercalculadacomaltaprecis~ao.parapequenos^angulospolaresacontribuic~aodo

76 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 62 diagramadocanaltedominante: dqed d 322 s 13; ouintegrando-seentreminemax: '1040nb s(gev2)1 2min 1 2.possuiumaaltasec~aodechoque,oquepossibilitaarealizac~aodamedidacom 2max; (4.2) 3.porserumprocessocomumaassinaturasimples2,epossvelobterumaaltaeci^encia grandeprecis~aoepermiteoestudodeerrossistematicossemlimitac~aoestatstica; umcontroledasistematica. naselec~aoeconhecerbemaregi~aoemqueoeventoeselecionado,oquegarante angletilecalorimeter)eovsat(verysmallangletagger).est~aoposicionadosabaixos OsdetetoresusadosnoDELPHIparaaselec~aodeeventosBhabhas~aooSTIC(Small 4.1 ^angulos,emvirtudedadepend^enciaangulardasec~aodechoquedesteespalhamento. OSTICeumdetetordeluminosidadedoDELPHIdesegundagerac~ao,instaladonoincio SmallangleTIleCalorimeter de1994,substituindoosat,comdoisobjetivosprincipais: 2Oschuveiroseletromagneticoss~aoback-to-back,commesmaenergiaqueofeixe. 1.mediraluminosidadecomumaprecis~aoexperimentalde0:1%,paratomadasde dadosnopicodoz(lepi);

77 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 63 Figura4.1:CoberturaAngular:1)=10:8coberturadoFEMC;2)=10:9limitesuperior dostic;3)8:6limitesuperiordosat;4)=1:82limiteinferiordostic;5)=2:5limite inferiordosat. 2.aumentarahermeticidadedodetetornaregi~aofrontal,poishaviaumaregi~aomorta FEMC),emelhorararesoluc~aoemenergianaregi~aofrontaldoDELPHI. (gura4.1)entre8e11deixadapeloscalormetroseletromagneticos(sat+ ocalormetro; OSTIC(gura4.2)ecompostoportr^esdetetores: osistemadeveto; osdetetoresdesilcio.

78 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 64 Calorímetro Cintiladores (Sist. de Veto ) Detetores de Silício Nariz de Tungstênio Figura4.2:STIC:Calormetro,CintiladoresdoSistemadeVeto,DetetoresdeSlicioe MascaradeTungst^enio. OSTICeumcalormetro[61]deamostragemcompostopordoismoduloscilndricos,o Calormetro paraofeixedeeletrons(gura4.3). calormetroaquecadiantedofeixedepositronseocalormetrocquecadefrente angularentre1:711,medidaemrelac~aoalinhadofeixe.cadamoduloe Est~aolocalizadossimetricamentea2.2mdopontodeinterac~ao,cobrindoaregi~ao constitudopor47camadascompostaspor3:4mmdeespessuradechumbo(material etelhascintiladoras(materialativo),correspondendoaumtotalde27x.oreforcodado passivo),reforcadoemambososladosporfolhasdeacoinoxidavel(100mdeespessura) peloacogarantesustentac~aomec^anicaaosistema,damesmaformaquenahpc.

79 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 65 paraoc. Figura4.3:DetetorescentraisdoDELPHI.Ofeixedeeletronstemdirec~aodoladoA

80 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 66 fotodetetores,localizadosnapartetraseiradodetetor,porbraswls(wavelength Aluzproduzidanoscintiladorespelochuveiroeletromagneticoetrasportadaparaos Shifter).Estasbrasest~aoposicionadasortogonalmenteasplacasdocalormetro,numa densidadede1bra/cm2et^emcomoprincipalcaractersticaprovocarumdeslocamento emiss~aoem520nm(verde). nocomprimentodeonda,apresentandoumpicodeabsoc~aoem420nm(azul)eumde azimutaisde22:5.comexcec~aodosaneisinternoeexterno,cadasetorradialpossui Astelhascintiladorasest~aosegmentadasem10aneis,cadaumcompostopor16setores 78mm.Cadaumdestessetoresradiaisconstituiumatorre,formando160torresemcada 30mm25mdecomprimento(gura4.4).Oanelinternotem35mmeoexterno modulo,numtotalde320torres. de18mmdoprimeiroaoultimoplano.estedeslocamentofoifeitoparaaobtenc~aode Asbordasdossetoresest~aodeslocadasdeumplanoparaoutroem375mnumtotal buracosdestinadosasbrasoticasouatravesdasfalhasentreasduasmetadescilndricas umacompletahermeticidade,evitandoquepartculasescapemdocalormetroatravesdos quecomp~oemcadamodulo. comestaestruturadetorrescompostasporplanoscontnuosdeconvers~aoecomumaalta An~aouniformidadenarespostaemenergia,tpicadedetetoresdestetipo,eresolvida densidadedebras.

81 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade setoresradiaise8azimutais. Figura4.4:PlanocintiladordeumdosmodulosdoSTIC,permitindoobservaros10 NoLEPIIumaprecis~aoangulardeaproximadamente0:6namedidadadirec~aodo DetetoresdeSilcio chuveirodaspartculaspodepermitirarejeic~aodecontaminac~aoprovenientedeinterac~oes dofeixecomogasresidualnotubodofeixeeidenticac~aocorretadeeventoscomapenas umfotonnoestadonal(vejagura4.5). qqs~aoproduzidoscombremsstrahlungdosestadosiniciais,oquereduzaenergiadecentro Estaidenticac~aoemuitoimportante,poisnestafasedoLEPcercade50%deeventos demassa.areconstruc~aodesteseventostornapossvelfazerumauto-scan3entreaenergia dozeaenergiamaximadolep,permitindoosseguintesestudos[62]: determinac~aodasec~aodechoquedebornparaeventose+e!hadronsaenergiasabaixodaenergia nominaldofeixe.nolepiiesteestudopermiteaestimativadasec~aodechoquedee+e paramz 3Nestecaso,auto-scaneoestudodoespectrodosfotonsderadiac~aodeestadoinicialquepermitea medidaindependentedonumerodeneutrinoscomprecis~aoemtornode1 2%; psmw+w.

82 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 68 Figura4.5:Eventoe+e!Za130GeV,ondeofotonvaidiretamentedentrodoSTIC. medidadesparaenergiasentre100e200gev; medidadaraz~aor=(e+e!qq) medidadeacoplamentosan^omalosdezz; ComoageometriadoSTICimpedeareconstruc~aodoeixodochuveiro(n~aohasegmentac~aolongitudinaldocalormetro),equipou-seodetetorcomdoisplanosdedetetores (e+e!+ ). formadosportirasdesilcio,posicionadosrespectivamentea4.0x(plano8)e7.4x (plano15),cobrindoaregi~aointernadodetetor(1:74:7).aescolhadasubstituic~aodosplanos8e15sedeveaofatodelesestaremposicionadosproximoaomaximodo nocalormetro). chuveiro(resultadoobtidoatravesdasimulac~aodeeventosdechuveiroeletromagnetico

83 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 69 qualtelhascer^amicasde1mmdeespessuraest~aoalinhadas.astirasdesilcios~aocoladas Cadaumdosdoisplanoseformadoporumsuportede3:5mmdealumniosobreo comcolacondutivaasuperfciemetalizadadacer^amicaqueeusadaparacriaroplano davoltagemdebiasparaosdiodos. sanduchedesilcioaltamenteresistivodotipo-n,comtirasdotipo-pimplantadasemum Cadadetetordesilcio[58]temumaespessurade300m,sendoconstitudoporum ladoeumacamadan+dooutro. primeiro(segundo)plano,cobrindo22:5em. Astirass~aocircularescomumaseparac~aoradialde1:712mm(1:754mm)parao Cada45emeformadoportr^escamadasdesilcio:umainternacompostapordois Nosdoisplanososdetetoresdesilcioest~aoarranjadosemduascoroasconc^entricas. uma22:5emcom36tiras. setoresde22:5em(cadaumcom24tiras)eduasoutrasexternasquecobremcada de1:4mmdedi^ametronosilcio,necessariosparaapassagemdasbrasoticas(wls). Umacaractersticapoucousualdestesdetetoresedadapelofatodepossuremburacos observadonagura4.6. OsinaletransportadoparaforadocalormetroporcabosKapton,comopodeser primeirosresultadosmostramumaprecis~aonareconstruc~aodadirec~aodochuveiro,da Estesdetetorescomecaramaoperarnonaldatomadadedadosde1995,eos ordemde0:7.

84 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 70 Figura4.6:Setorde45dosDetetoresdeSilcio.Astirasn~aoest~aodesenhadas,mas podemosverosburacosparapassagemdasbraseasconecc~oescomoscaboskapton Ecompostopor64contadorestrapezoidaisdispostosem2planosposicionadosemfrente SistemadeVeto aoscilindrosdocalormetro,aumadist^anciaentre2010e2050mmdopontodeinterac~ao, cobrindoaregi~aoangular,2:511,quecorrespondearegi~aoradial,87:8r 379mm. Estesistema[63]permiteaseparac~aoentrepartculascarregadaseneutras.Estaseparac~aoefeitaexigindo-sequen~aohajanenhumsinalnestescintiladoreseumadeposic~ao porumchuveirocomumaenergiasuperiora10gev[64]nocalormetro. Aluzecoletadapor16brasWLSsendo8emcadaladodocintilador. fotonsmediu-se,duranteatomadadedadosde1995a130gev,aproximadamente(55 Aeci^enciaparapartculascarregadasemelhorque96%eparaaidenticac~aode

85 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 71 10)% Paraobteraprecis~aoexperimentalde0:1%nadeterminac~aodaluminosidadeenecessario NarizeProtec~oesdeTungst^enio umprofundoconhecimentodoserrossistematicos.edevidoadistribuic~aodasec~aode ^angulos,aacuraciadamedidadaluminosidadedependecriticamentedadeterminac~ao choquedoespalhamentobhabhapossuirumpicocorrespondentearegi~aodepequenos do^angulomnimodeespalhamento(min)naincertezadaluminosidade,podemosestimar precisadoraiointerno(rmin)daregi~aoducial[58].incluindo-seapenasacontribuic~ao que: L L'acc ComoRmin'10cm,oerroemRmindevesermenorque50mparaqueoerrosejamenor acc'2rmin que0:1%. nados`ladoestreito(c)'e`ladolargo(a)').estaescolha,mantemoseventosradiativos Aregi~aoducialedenidadeformaassimetricanosdoisladosdodetetor(denomi- interac~aoeadeslocamentosdoscentrosdosmodulosdosticemrelac~aoalinhadofeixe. naamostraselecionadaeminimizaasensibilidadedamedidaamovimentosdopontode aenergiacompartilhadaporduastorres,ouemconjunc~aocomumsistemademascaras Adeterminac~aodeRminpodeserfeitausando-seocalormetro,ondeoquesemedee detungst^enio(vejagura4.7). LEPI)porumamascaradetungst^enio(narizdetungst^enio)[64],quedeneesteraio NoSTICoprimeiroaneldocalormetro,noladoC,ecoberto(sistemaadotadono

86 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 72 DELPHI Stainless Steel Beam Pipe STIC Calorimeter Flange Outer Shield Aluminum Beam Pipe Interaction Point Inner Shield (Side C only) 176 mm SR Mask Tungsten Nose (Side C only) Figura4.7:Vistadaregi~aodotubodofeixe,permitindoaobservac~aodonarizde tungst^enio,protec~aointernaeexternainstaladassomentedoladoc(eletronssaindo). STIC Scintillators Distance from IP: m 1.94 m 2.18 m 2.32 m

87 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 73 atravessamamascaraperdemgrandepartedesuaenergiaantesdeatingirocalormetro, mnimorealizandoumcortenaenergiadochuveiroeletromagnetico,poisoseletronsque Dentrodotubodofeixe,noslabosAeC,existeumoutroaneldetungst^enio,denominado enquantooseletrons,a^angulosmaiores,depositamtodaasuaenergianocalormetro. de`mascarainternadetungst^enio',quetemafunc~aodeprotegerac^amaradetracos (TPC)doDELPHIdaradiac~aosncroton.Qualquertipoderadiac~aoqueescapedesta mascaraereduzidaporduasoutrasprotec~oesques~aodenominadasdeprotec~aointerna eexterna,eest~aoinstaladasnonarizdetungst^enio. pondearegi~aoangularde1:72a2:52.destaformapartculasprovenientesdaregi~ao Estendem-seradialmentede61mma96mmapartirdalinhadofeixeoquecorres- seestiveremnaregi~aoangularde1:55a1:72.noladooposto,`ladoa'ou`ladolargo', deinterac~aopodematingiraregi~aoativadocalormetroporbaixodonarizdetungst^enio usa-sesomenteainformac~aodocalormetro,aplicando-secortesnoraioreconstrudodo chuveiroeletromagnetico. Comestacongurac~aoobteve-seRmin'20m. eventosbhabha(2.4milh~oesem1994e1.6milh~oesem1995).apresentaumaresoluc~ao OSTICvemoperandonoLEPdesde1994,tendodetetadocercade4milh~oesde emenergiade2:7%paraeletronsa45geveumaresoluc~aonadeterminac~aodaposic~ao namedidadaluminosidade. radialentre250me1:2mm,atendendoasexig^enciasnecessariasparaaprecis~aode0:1%

88 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade tiladorcomleiturafeitaporbraswls Testedoprototiposemicirculardonovoanelcin- anelcintiladorinstaladonostic. Duranteoperododejaneiroamarcode1995participeidotestedoprototipodonovo deixadaparapermitirumamaiorclarezanainstalac~aodocontadordeveto.alemdisto Aregi~aomortacitadaacimaentreocalormetroeasprotec~oesdetungst^eniofoi noinciode1996amascaradetungst^eniofoiremovida,aumentandoestaregi~aomorta proximaaotubodofeixe.paracobrirestaregi~ao,doisnovoscintiladores,conhecidos umadist^anciade1800mmdopontodeinterac~ao.cadapequenocontadortemumaforma comopequenoscontadoresdeveto[65],foraminstaladosdiretamentenotubodofeixea semicircularcom10mmdeespessura,raiointernode56:5mmeexternode110mm.o raiointernoedeterminadopelotamanhodotubodofeixe(55mmderaio)eoraioexterno foiescolhidoparacoincidircomaregi~aodetransic~aoentreastorresdosticnosaneis2 e3.nonalde1995foidesenvolvidoumprototipocomoobjetivodevericaracoleta deluzeinvestigarummetodoparasecolarbrasemsuperfciecircularsemprovocaro aparecimentodebolhasdearquepodemlimitaratransmiss~aodeluz. eumexternode120mm. Oprototipotemumaformasemicircular(gura4.8)comumraiointernode56mm midadesdocontador,noqual8braswlsforamcoladascomcimentootico.estasbras Acoletadeluzfoifeitautilizando-seumdispositivoqueseencontranasduasextre-

89 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 75 Figura4.8:Esquemaexperimentalusadonotestedoprototipo.

90 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 76 quetransportamaluzparaosfotodetetores(fotomultiplicadorashamamatsuh3165). eramterminadascomconectoresquepermitiamafacilligac~aocombrastransparentes (Rut^enio). Arespostadocontadorfoiestudadacomraioscosmicoseumafontederaiosbeta docontador,eramconectadasatravesdecabosdebrasoticas,de1mdecomprimento, Realizeiotestecomafonte.Nesteteste,asbras,nasextremidadesinternaeexterna afotomultiplicadorasdiferentes,poisqueria-semediratransmiss~aodeluzdeformaindependente.umpequenocontadorde2mmdeespessurafoicolocadoembaixodocontador teste(8mmdeespessura)eafontederut^enio,protegidacom2mmdechumboecom umajanelade1:5mmdedi^ametro,foicolocadaemcimadestecontador. entrada,ouseja,forneciaduassadasexatamenteiguaisaentrada.umasadaseguia Osinaleraenviadoparaumfaninfanoutlinearquetinhacomofunc~aocopiara paraoadceaoutraeradiscriminada,somentesinaisacimade20mveramaceitos, gerandootrigger.aposagerac~aodotriggeracoincid^enciaerabloqueada,aunidadede tempoatrasavaotriggerparaocomputadoratequeoadcterminasseadigitalizac~ao aquisic~aogerasseumbusy.acoincid^enciaeravetadapelotempomortodosistemade dosinaletambemimpediaquetriggersadicionaisfossemgeradosatequeosistemade aquisic~ao. aummodulocamac. Aaquisic~aofoibaseadanosistemaMACUA1[66]querodavanumMacintoshligado Comanalidadedeestudarauniformidadenacoletadeluzforamobtidosdadosem

91 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 77 MID LMID RMID L R PM PM diversospontosdocontadorcomopodeserobservadonagura4.9. notestedoprototipo. Figura4.9:Diferentesposic~oes,nocontador,dafontedeRut^enioparaobtenc~aodosdados AnalisedosDados e d Aqualidadedocontadoredadapelonumerodefotoeletrons[66]: Npe=(Pdist Pped)2 =q2dist 2ped; 2 pedestal. sendopdistedistopicoealarguradadistribuic~ao,eppedepedopicoealargurado fotomultiplicadoras,analisou-seosinaldecadaumaimpondoumcortenaoutraparaeliminarsinaisquen~aocorrespondiamaodeumapartculacarregadaquetivesseatravessado Paraasdiferentesposic~oes,comoosinaleralidodeformaindependentepelasduas

92 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 78 ocontador. PMdcortePMe PMecortePMd 9:50:4 9:80:410:20:59:20:310:90:49:60:4 181 l 8:60:4 152 lmid 9:80:2 181 mid 9:40:3 172 rmid 8:10:3 151 r PMe+dcortePMe;d PMe+dcortePMdTabela4.1:NumerodeFotoeletrons impondoumcortenadaesquerda.asegundalinhaeoestudoinversoaodaprimeira. Aprimeiralinhadatabela4.1refere-seaanalisedafotomultiplicadoradadireita Asdistribuic~oesqueilustramestescortespodemservistasnagura4.10. cortesacadaumadelase,nalmente,cortou-seemambas. Nasdemaislinhasanalisou-seosinalsomadodasduasfotomultiplicadoraseimp^os-se dafonte. Nagura4.11s~aosuperpostososespectroscorrespondentesatr^esposic~oesdiferentes respostadocontadordeaproximadamente10fotoeletrons. Observamosumauniformidadenacoletadeluzparaasdiferentesposic~oes,comuma OVSAT[67,68]cobrearegi~aopolar,0:30:4,eestudaomesmoprocessofsico 4.3 VerySmallAngleTagger queostic,ouseja,oespalhamentobhabha. denemduasdiagonaisindependentes(f1-b2ef2-b1)paraoespalhamentobhabha Eumcalormetroeletromagneticoformadoporquatromodulos(F1,F2,B1,B2)que

93 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 79 Figura4.10:EspectrodoADCdafotomultiplicadoradadireitaimpondoumcorteem 15contagensnadaesquerdaeembaixooespectrodafotomultiplicadoradaesquerda impondoumcorteem12contagensnadadireita.

94 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 80 Figura4.11:Superposic~aodosespectrosdasdistribuic~oescorrespondentesatr^esposic~oes dafonteparadiferentescriteriosdeselec~aoutilizados,permitindoaobservac~aodauniforminadedocontador.

95 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 81 supercondutores(qsc). comomostraagura4.12. Figura4.12:Regi~aodotubodofeixe.ModulosdoVSAT(B1,B2,F1,F2),quadrupolos imediatamenteatrasdosquadrupolossupercondutores(qsc). Estesmodulosest~aoposicionadossimetricamenteaz=7:7mdopontodeinterac~ao, nulonocentroesuaintensidadeaumentaapartirdocentroemtodasasdirec~oes(possui Estesmagnetoss~aocompostosporquatropolos(gura4.13).Ocampomagneticoe umgradientexo,ouseja,umavariac~aoconstantecomaposic~ao{igualeopostapara osdoisplanosortogonais). masy6=0,seradeetidaemdirec~aoaocentrodomagneto,sendodestaformafocalizada. Umapartculapositivamentecarregadaentrandonomagnetoaolongodoplanox=0, oefeitooposto,sendodesfocalizada.destaformaoquadrupolofocalizanumplanoe Estamesmapartculaatravessandoomagnetoaolongodey=0,masx6=0sofrera

96 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 82 Figura4.13:Propriedadesdefocalizac~aoedesfocalizac~aodeumquadrupolomagnetico desfocalizanooutro. paraumpartculapositivamentecarregadaentrandonoplanodopapel. do-osparaosmodulosdodetetor)efocalizadosemy. OseletronsepositronsdoespalhamentoBhabhas~aodesfocalizadosnoplanox(levan- 12camadasdesilcio(FullAreasiliconDetector)paramedidasdeenergia.Tr^esplanosde Cadamoduloecompostopor12camadasdetungst^enio(2Xcada)intercaladascom paraadeterminac~aodascoordenadas(x,y)docentrodochuveiroeletromagnetico.as tirasdesilcios~aocolocadosa5,7e9x(gura4.14),proximosaomaximodochuveiro, dimens~oesdocalormetros~aode3cmemx,5cmemye24x(cercade10cm)aolongo dadirec~aodotubodofeixe(z). Nagura4.15temososvaloresdeluminosidadedoDELPHI,nosanosde Aresoluc~aoemenergiaa45GeVede5%eemposic~aoede170m.

97 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 83 fornecidosporseuslumin^ometros{(sat+vsatnosanosde ,stic+vsat Figura4.14:ModulosdoVSAT,evidenciandoosFADseosplanosdetirasdesilcio ). 4.4 ParaaumentarahermeticidadedoDELPHIalemdainstalac~aodoSTIC,fez-senecessarioainstalac~aodecontadoresparacobrirfalhasouregi~oesmortasdodetetor.Este Hermeticidade aumentodehermeticidadedodetetoremuitoimportante,principalmenteparaasegunda dehiggs[58,69].oprocessomaissensvel,nestafase,parasuadetec~aoe: fasedeoperac~aodolepquetemcomoumdosprincipaisobjetivosaprocuradoboson ondeohdecaiemdoisjatoseozem.umadasprincipaisassinaturasdesteeventoe e+e!zh; asignicativaquantidadedemomento`faltante',tipicamentedaordemde20gev=c.um

98 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 84 detetorhermeticoemuitoimportanteparapermitiraeliminac~aodasprincipaisfontes Figura4.15:LuminosidadedoDELPHIde Nosanosde1991,1993e1995os dadostambemforamtomadosacimaeabaixodopicodoz. decontaminac~ao(qq;w;we),ondeofotonn~aoereconstrudo,ouosleptons detetor[70](40(33<<43),90,regi~oesmortasem). carregadoss~aoperdidosporestaremconcentradosnasregi~oesmenosinstrumentadasdo tambemafetamahermeticidadedodetetor,contribuindopara`deteriorizac~ao'daenergia Alemdestasregi~oesprincipais,existemoutras,entreosmodulosdodetetor,que s~aoalteradosdamesmaforma. detetada.omoduloeadirec~aodomomento`faltante'edeoutrasvariaveistopologicas

99 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade Contadoresde40 Figura4.16:Contadoresde40. Oscontadoresde40[66]s~aoumconjuntodecontadorescompostosporchumboematerial cintiladorinstaladosnaregi~aoentreobarrileocalormetroeletromagneticonaregi~ao energiaeletromagneticaquen~aoedetetadaporescaparnasfalhasentreobarrileas frontalnoladocdodelphi(vejagura4.16)et^emcomofunc~aoaidenticac~aoda tampas. e1cmdematerialcintilador.possuemformasdiferentesmast^emamesmaespessuraese Existemtr^estiposdecontadores:A,B,C.Cadaumecompostopor2cmdechumbo encontramdispostosemtr^esaneisconc^entricos.acoletadeluzefeitausando-sebras WLS.

100 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 86 entre39e42,eumintervaloazimutalde15.osraiosmedianoeinternoconsistem OraiomaisexternoeconstitudopeloscontadoresAquecobremum^angulopolar() ocupamamesmaregi~aoazimutal,estandoacopladosamesmafotomultiplicadora. doscontadoresbec,respectivamente.elescobremumintervalopolarentre36e40e 1.TestedasFotomultiplicadorasusadasnosContadoresde40; Realizeidoistestesrelacionadosaestescontadores: TestedosCabosdeFibrasOticasusadasnosContadoresde40. TestedasFotomultiplicadorasusadasnosContadoresde Umafotomultiplicadora[71]eumdispositivofotossensvel,queconvertesinaisluminosos, 40 extremamentefracos,empulsoseletricos. cadordeeletrons(gura4.17).ofotocatodoconsistedeumacamadafotossensvelque Doiscomponetesbasicosdeumafotomultiplicadoras~aoofotocatodoeomultipli- converteomaiornumeropossveldefotonsemeletronsdebaixaenergia.mas,porser extremamentepequeno,osinalfornecidoporesteseletronsprecisaseramplicado.o multiplicadordeeletronsqueecompostoporvarioseletrodosdenominadosdedinodos, fornecendodaordemde eletronsparaumpulsotpicodeumcintilador. funcionacomoumamplicadordefotoeletronsatravesdoprocessodeemiss~aosecundaria, aluzincidentesobreofotocatodoemfotoeletrons.estaluzdeveestarnaregi~aodovisvel, Oprimeiroprocessorealizadoporumafotomultiplicadoraconsiste,ent~ao,emconverter ultravioletaouproximaaoinfravermelho.

101 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 87 Figura4.17:Elementosbasicosdeumafotomultiplicadora.

102 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 88 meiodoseletrodosfocalizadores.nomultiplicadorcolidemcomasuperfciedoprimeiro Estesfotoeletronss~aoaceleradosedirecionadosparaomultiplicadordeeletronspor dinodo,podendoexcitareletronsaexistenteseprovocarareemiss~aodeumoumais eletronsdamesmasuperfcie.esteseletronssecundariosemitidospelasuperfcies~ao doprocessonossucessivosdinodosdaorigemaumagrandecorrentedeamplicac~ao aceleradosparaoproximodinodoondenovasemiss~oessecundariasocorrem.arepetic~ao fotoeletricadofotocatodo. (ganho),queedenidacomoaraz~aoentreacorrentedesadadoanodoeacorrente ear,produzindoumpulsoproporcionalaonumeroinicialdefotoeletrons.n~ao-linearidades Amaioriadasfotomultiplicadorasrealizaestaamplicac~aodecargadeumaformalin- podemaparecerparapulsosmuitoaltosemvirtudedeefeitosespaciaisdecargaentreo decargaafetamatrajetoriadoseletronsnestaregi~aofazendoquen~aosejamcoletados. ultimodinodoeoanodoondeonumerodefotoeletronsemaior.estesefeitosespaciais Outrofatorquepodecausarn~ao-linearidadesempulsoscomaltaamplitudeequalquer desviodasvoltagensdosdinodosdoseuvalordeequilbrioduranteagerac~aodopulso. (QE),denidacomo: Umpar^ametromuitoimportantedeumafotomultiplicadoraeasuaeci^enciaqu^antica QE=numerodefotoeletronsemitidos Paraqualquerfotocatodoaeci^enciaqu^anticadependefortementedocomprimento numerodefotonsincidentes: aoseescolherumfotocatododeve-seprocuraraquelequemelhorseadaptaaoespectro deondaoudaenergiadaluzincidente,comopodeserobservadonagura4.18.ent~ao,

103 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 89 dasfotomultiplicadorasnaregi~aodoultravioleta. fotocatodos.ousodejanelasdeslicaouquartzoenecessarioparaextenderaresposta Figura4.18:Curvasdeeci^enciaqu^anticaesensibilidadedediferentesmateriaispara deemiss~aodocintiladorusado,oucomonocasodostic,oquesefazeusarasbras formaaatingiraeci^enciaqu^anticadasfotomultiplicadorasusadas. WLSqueprovocamumdeslocamentonocomprimentodeondadaradiac~aoincidentede usadosparaafabricac~aodefotocatodos.estasensibilidade,denidacomosendoarelac~ao Agura4.18tambemmostraasensibilidadeespectral(S)dediferentesmateriais entreacorrentedofotocatodoeapot^enciadaradiac~aoincidente,relaciona-secoma eci^enciaqu^antica,paraumdadocomprimentodeonda,,daseguinteforma: comemnanometros,esema=w(ampereporwatt). QE=1240S100(%); Osfotocatodosapresentameci^enciasqueatingemnomaximovaloresentre20 30%.

104 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 90 distoaexposic~aoaluzambientepodeserdesastrosaquandoest~aosendousadas,poisum Fotomultiplicadorasdevemserguardadasnoescuroquandon~aoest~aoemuso.Alem altonveldeiluminac~aolevaacorrentesnoanodoqueexcedemosvaloressuportaveise acamposmagneticos,poisestespodemdeetiroseletronsdesuatrajetoriaecomisto podemcausardanosaestruturadafotomultiplicadora.umoutroproblemaeaexposic~ao causaraperdanoganhodasfotomultiplicadoras.atemesmoainu^enciadocampo magneticodaterraesucienteparaalteraratrajetoriadoseletronsumavezqueem Torna-seimportanteousodeprotec~oesmagneticasparapreveniralterac~oesnoganhode mediapossuemumaenergiamuitobaixa(daordemde100evdeumdinodoparaoutro). umafotomultiplicadoraquandosepretendeopera-lasnumcampomagnetico. Procurou-seatravesdestetesteinvestigaraestabilidadedasfotomultiplicadoras. triggeredadoporumpulsadorquefazcomqueumledpisque.esteledemiteluz Osistemadeaquisic~ao(gura4.19)esemelhanteaodotestedoprototipo,maso braswlseatransportaateosfotodetetores. verdeparareproduzirasituac~aoemoscabosdebratransparenterecebemluzverdedas fotomultiplicadoraderefer^encia: Onumerodefotoeletrons(Npe)eoganho(G)foramcalculadosemrelac~aoauma Npe=(PdistATT Pped)2 ondepdistedists~aoopicoealarguradadistribuic~ao,ppedepeds~aoopicoealargura (ATT)2 ; =q2dist 2ped dopedestaleatteofatordeatenuac~ao[66]usadonosinaldasfotomultiplicadorasde

105 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade Fotomultiplicadora de Teste Fotomultiplicadora Referência de guia de onda LED verde Fibras transparentes Figura4.19:EsquemaexperimentalusadonotestedasfotomultiplicadorasdosContadores de40. testeparaevitarasaturac~aodoadc,dadopor: ATT=10xdb 20;xdbeaatenuac~aoaplicadaaosinalemdecibeis Ganho=(PdistATT Pped) Npe : Foramtestadas44fotomultiplicadoras.Osresultados(tabela4.2)mostramquecada fotomultiplicadoraapresentaumganhoespecco,informac~aofundamentalparaaanalise dosdadosfornecidosporelas.aobservac~aodaestabilidadedasfotomultiplicadorase feitaaolongodosanos,destaformaestesdadosforamarmazenadosparacomparac~ao comestudosaseremrealizadosnosproximosanos.

106 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 92 PM :52 NpeGanhoPMNpeGanho 091 1:42 1:91 0:26 0:87 0: : : :91 0: :80 0: :13 1: :61 0: :38 0: :45 0: :87 0: :95 2: :03 2: :78 0: :92 2: :24 1: :56 2: :42 0: :69 3: :59 0: :33 0: :88 1:09 1:18 1: : :59 1:72 1:42 0: :57 1:95 0:75 0: : :33 1: : :04 0: :00 1: :85 1: :50 0: :21 0: :26 0: :85 2: :65 2: :80 0: :27 1:45 0: :89 0:56 1:32 Tabela4.2:Resultados 1: :30 1:06 0:37

107 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 93 Figura4.20:EsquemaexperimentalusadonotestedoscabosdebrasoticasdosContadoresde TestedosCabosdeFibrasOticasUsadosnosContadores Oobjetivodestetesteevericaraexist^enciadealgumcabodanicadomedindo-sea de40 transmiss~aodeluzatravesdosmesmos. ra4.20)esemelhanteadotesteanterior.agura4.21ilustraoespectrodoadcpara Oscaboseramiluminadoscomluzverde,emitidaporumLED.Aaquisic~ao(gu- umdoscabostestados. Vericou-sequenenhumdoscabosestudadosestavadanicado.

108 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade 94 Figura4.21:EspectrosdoADCparaumdoscabostestados.

109 Captulo4.LuminosidadeeHermeticidade Existeumafalhade7:5cmnaregi~aodos90emfunc~aodainstalac~aodeumanelpara Contadoresde90 partculasquesaemnestadirec~aon~aos~aodetetadas. ocriostato.estafalhaapontadiretamenteparaopontodeinterac~ao.destaforma porestaregi~ao.s~aocompostosporchumboecintiladores.osinaletranportadoporbras Oscontadoresde90cobremestaregi~aopermitindoidenticarsepartculasescaparam WLSateasfotomultiplicadorasqueseencontramforadocampomagnetico. Asfalhasexistentesnadirec~aoequeapontamparaopontodeinterac~aos~aoprovenientes 4.6 Falhasem daseparac~aoentreosmodulosdahpc.oespacoexistenteentreahpceocriostato enecessariaaretiradademodulosdahpc.comoaindan~aofoipossvelrealizaruma permiteainstalac~aodecontadoressimilaresaosde90.maspararealizarestainstalac~ao grandeintervenc~ao,paraainstalac~aodestescontadores,somentealgunsforaminstalados nasregi~oescrticasn~aocobertaspelotof(timeofflightscintillators).

110 Captulo5 AnalisedosDados 1994e1995,paradeterminararaz~aoderamicac~aodoprocesso!3h.Apartirda AanalisedescritanestecaptulousaosdadoscoletadosnoDELPHInosanosde1993, amostraselecionadadesteseventos,investiga-seaestruturaressonantedestedecaimento Mas,nemsempreepossvelidenticarosdoisfotonsparaareconstruc~aodo.Como formadapelomeson!.odecaimento!,ocorrecomprobabilidadedequase100%. objetivodeaumentaraestatstica,mantem-senaamostraoseventosemquesomenteum dosdoisfotons,provenientesdestedecaimentodo,eidenticado.ent~ao,astopologias estudadass~ao: Osdadosde1994foramtodoscoletadosnaenergiadecentrodemassacorrespondente h+h h!h+h h h+h h adquiridosno`pico',osqueforamtomadosemenergiasemtornode2gevabaixoeacima aomaximodopicoderesson^anciadoz.em1993e1995utilizou-se,alemdosdados desteponto. Asenergiasdecentrodemassa(Ecm)easrespectivasluminosidadesintegradas(Lint) 96

111 Captulo5.AnalisedosDados 97 Ecm1993Lint Ecm1994Lint Ecm1995 P P-2 P Lint Tabela5.1:Energiasdecentrodemassaeluminosidadesintegradasparaosanos1993, 1994e1995usadasnaselec~ao. paraopico(p)eforadopico(p2)s~aodadasnatabela5.1. Adeterminac~aodaraz~aoderamicac~ao,Br(!X),ondeX=3hpodeserfeita 5.1 CalculodaRaz~aodeRamicac~ao usando-seaexpress~ao: Br(!X)=NX(1 fint!x fext ondenxeonumerodecandidatosselecionadosdodecaimento!x;fint 2N+ (1 fext!x)="!x + )="!Xea (5.1) frac~aodecontaminac~aointerna,compostaporeventosdeoutrosdecaimentosdotau; fext!+ ;"!Xeaeci^enciaobtidanaselec~aodocanal!X;N+ eonumero!xeafrac~aodecontaminac~aoexterna,compostaporprocessosquen~aosejame+e decandidatosaeventose+e!+ ;fext processoscontidosdentrodaamostradetau;"eaeci^enciadaselec~aodestaamostra. + eacontaminac~aoprovenientedeoutros eliminaraquelesquepossamserconfundidoscomestesprocessos.istoefeitousando-se Destaformapararealizaraselec~aodoseventosdesejados(+ e3h)seranecessario grandezasquepermitemdiferenciarosdiversosprocessos,fazendo-seusodecortesque

112 Captulo5.AnalisedosDados 98 NumerodeEventosReais Tabela5.2:Numerodeeventosexistentesnasamostrasiniciaisdedadosparaosanosde 1993{1995. ProcessosFsicos 1993NumerodeEventosSimulados e+e!+ e+e!+ e+e!e+e e+e!e+e + amostrade1995amostrade1995 e+e!e+e e+e e+e!qq amostrade amostrade1993amostrade amostrade osanosde1993{1995. procurammaximizaraeci^enciadaselec~aodosinal. Tabela5.3:Numerodeeventosexistentesnasamostrasiniciaisdedadossimuladospara simulados,destaformaeimprescindvelumbomacordoentreosdadosreaiseomonte Asmedidasdasfrac~oesdecontaminac~aoedaseci^enciass~aofeitasusando-sedados Carlo. como\candidatoslept^onicosdodecaimentodoz".atabela5.2apresentaonumerode Asamostrasiniciaisdedadosutilizadas,correspondemaaquelasques~aoidenticadas fsicossimuladosdisponveiss~aoapresentadosnatabela5.3. eventosexistentesnestasamostrasdedadosreaiseonumerodeeventosdosprocessos aamostraexistentefoiusadanosdemais,comopodeserobservadonatabela5.3.isto Comon~aohaviaamostrasdisponveis,paracadaano,detodososprocessossimulados,

113 Captulo5.AnalisedosDados 99 eumaboaaproximac~ao,poisodetetorn~aoapresentoumudancassignicativasnestes tr^esanosealemdisso,s~aoprocessospoucosignicativosparaestaanalisedevidoaotipo processos. detopologiaestudadaetambemdevidoaousodevariaveisecientesnarejeic~aodestes OgrupoqueestudaafsicadotaunoDELPHItemdoisobjetivosprincipaisadeterminac~aoderaz~oesderamicac~aodosdiversosdecaimentosdesteleptoneamedidado 5.2 Selec~aodeEventos+ ^angulodeweinbergapartirdadeterminac~aodapolarizac~ao.paratornarcoerentea estudaredenirumcriteriodeselec~aopadr~aodepares+ quemaximizasseosinale comparac~aoeacombinac~aodosresultadosobtidospelasdiferentesanalisesprocurou-se idoadiculdadedeseobterumcriterioobjetivoparaadeterminac~aodocorteidealque introduzisseomenorerrosistematiconosresultadosdosestudoscitadosacima.masdev- satisfacasimultaneamentetodasasanalisesoptou-sepormanterumcompromissoentre naselec~aoaserdescrita,masprocureiinvestigarsuaaplicabilidadeparaestaanalise. amaximizac~aodosinaleaminimizac~aodoserrossistematicos.fizusodestescriterios destespares,atravesdaaniquilac~aodopare+e,s~ao:e+e!e+e,e+e!+,e+e Osprincipaisprocessosquepodemserconfundidoscomumeventotpicodeproduc~ao!qq,e+e!e+e ff,detec~aoderaioscosmicos,interac~oesdofeixecomaparededo tuboecomogasresidual. partculascarregadas.esteseventospossuembaixomomentotransversocomrelac~aoa Umeventotpico+ possuibaixamultiplicidade,poisodecaiem1,3ou5

114 Captulo5.AnalisedosDados 100 direc~aodepropagac~aodo,poisaaltaenergiadecadalimitao^angulodeabertura dosjatosdepartculasresultantesdeseudecaimento,oquefazcomqueestesjatossejamcolimadosepoucoacolineares.emcadadecaimentodos~aoproduzidosumou doisneutrinos,quen~aos~aodetetadosfazendocomqueaenergiatotaldoeventoseja menordoqueaenergiadecentrodemassa.asprincipaisfontesdecontaminac~aocitadas ecaracterizadoporumaaltamultiplicidadedosjatosdepartculas(emmedia20tracos acimatambempossuemassinaturascomcaractersticaspeculiares.oprocessoe+e!qq carregados)provenientesdahadronizac~aodosquarksegluonsproduzidos.estesjatoss~ao menoscolimadosdoqueosproduzidospelo.aproduc~aodeparesdemuonseobservada nodetetorcomodoistracoscomaltomomento,aproximadamente2efeixe.quandon~ao momentoeaenergia`faltante's~aodesprezveis.alemdestascaractersticas,oseventos ocorreaemiss~aoderadiac~aonoestadoinicialounalestestracoss~aocolineares,poiso (Etot'2Efeixe).Oseventosdedoisfotons(e+e!!e+e ff),ocorremquandoo e+e!e+e ee+e!e+e,depositamumagrandequantidadedeenergianahpc eletroneopositronemitemumfotonvirtualcadaumeestesinteragemproduzindoum pardefermions.oestadonalcaracteriza-seporjatosdepartculascombaixomomento eenergiaealto^angulodeacolinearidade1.istoporqueoseletronsepositronstransferem sendo,normalmente,medidos.acaractersticamarcantedoseventosderaioscosmicose poucaenergiaparaosfermions,destaformas~aopoucodesviadosdesuatrajetoria,n~ao tracomaisenergeticodohemisferio1eodohemisferio2. adist^anciamaximadopontodeinterac~ao,poisesteseventosn~aoforamformadospelaco- 1O^angulodeacolinearidade(acol)edenidocomo,acol=180 12;sendo12o^anguloentreo

115 Captulo5.AnalisedosDados 101 lis~aodestepare,portanto,sopassariamproximoaopontodeinterac~aoesporadicamente. decentrodemassaemomentotransversobembaixose^angulospequenos.algumasdas Asinterac~oescomotubodofeixeoucomogasresidual,produzemeventoscomenergia caractersticasdescritasacimadosprocessose+e!+ ;qq;+ ;e+e ;e+e e eventoderaiocosmicopodemserobservadasnagura5.1. descritasaseguir. Aselec~aodeumeventonoqualopar+ eproduzido,efeitaemtr^esetapas, Nestaprimeiraetapas~aousadoscriteriospararejeitareventoshadr^onicos,eventosdedois Selec~aolept^onica fotons,raioscosmicos,interac~oescomaparededotubooucomogasresidual. hemisferios,usando-seumplanoperpendicularaoeixodoeventoqueedeterminadopelo Parapermitiraidenticac~aodoestadonaldecada,divide-seoseventosemdois eixodethrust,~n,denidocomosendoovetorquemaximizaarelac~ao: T=maxPij~pi~nj onde~pieovetormomentodapartculaieasomaefeitasobretodasaspartculasdo Pij~pij; eventoeteothrust. carregado. Cadahemisferiocorrespondeaumproduzidoedevepossuirpelomenosumtraco2 quetenhasidobemreconstruda.istosignicaqueadist^anciamaximadopontodeinterac~aoede5cm, medidoassociadoatrajetoriaede30cm. noplanor,e10cmnoeixoz.alemdisto,adist^anciamnimaradialentreoprimeiroeoultimoponto 2Destemomentoemdianteapalavratracoserausadaparasereferiratrajetoriadeumapartcula

116 Captulo5.AnalisedosDados 102 e+e!+ e+e!qq e+e!+ e+e!e+e Figura5.1:Eventosdealgunsdosprocessosestudados. e+e!e+e raiocosmico