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Simuler un détecteur

Ce qu'un appareil verrait de l'événement : des traces courbées par le champ, des dépôts dans les calorimètres, des jets, et l'énergie qui manque.

Cet espace est venu avec la version 1.2.

Définir le détecteur

À gauche, la définition du détecteur : cylindres coaxiaux autour du faisceau — couches du trajectographe, calorimètres électromagnétique et hadronique (rayons, demi-longueur, cellules $\Delta\eta\times\Delta\phi$ , résolution), chambres à muons, champ solénoïdal — puis les efficacités, seuils, paramètres des jets anti- $k_T$ et résolution de l'énergie transverse manquante. Trois préréglages (collisionneur hadronique, $e^+e^-$ , parfait) ; Enregistrer garde votre détecteur dans « Mes détecteurs », réutilisable dans tout document.

Des bouchons ferment chaque tonneau à ses deux bouts, comme dans ATLAS ou CMS : trois disques au trajectographe, un disque par calorimètre, une roue de chambres à muons. Chacun se colle au bout de son tonneau — 5 cm après lui, pour qu'on distingue les deux dans la coupe $z\text{–}\rho$ —, aussi large que lui, et s'arrête avant le bouchon suivant ; on règle son épaisseur, et le rayon du trou du faisceau, commun à tous. La couverture en $|\eta|$ va alors jusqu'au trou — environ 3,9 pour le calorimètre e.m. du collisionneur hadronique, au lieu de 1,7 —, les jets vers l'avant se reconstruisent, et ce qui file par le trou manque au bilan de l' $E_T$ manquante, comme dans une vraie expérience. Un document fait avec une version antérieure s'ouvre sans bouchons et redonne ses résultats. Les bouchons des calorimètres et des chambres à muons peuvent aussi se loger à l'intérieur de leur tonneau (int.) : dans son creux, au ras de son bout, le tonneau les entourant ; les disques du trajectographe restent après le sien.

Les coupes et les objets

Au centre, les coupes $x\text{–}y$ et $z\text{–}\rho$ du détecteur avec l'événement courant : hélices des particules chargées dans le champ, impacts sur les couches, dépôts calorimétriques par cellule, jets, $E_T$ manquante. À droite, les objets reconstruits de l'événement, la performance du détecteur sur l'échantillon (résolution en $p_T$ et en $\eta$ , efficacité en fonction de $p_T$ et de $\eta$ , par type d'objet) et la même statistique que dans Génération, mais sur les objets reconstruits.

L'espace Détecteur de TreeLevel sur le Mac : une collision proton-proton à 13 TeV dans les coupes x–y et z–ρ, avec ses traces, ses dépôts et ses jets reconstruits — Le Détecteur sur une collision proton-proton à 13 TeV (source Machine, Pythia 8) : 122 traces courbées par le champ, plus de 2 000 cellules touchées, deux jets et un photon reconstruits.

L'espace Détecteur de TreeLevel sur l'iPad : une collision proton-proton à 13 TeV dans les coupes x–y et z–ρ, avec ses traces, ses dépôts et ses jets reconstruits — Le Détecteur sur une collision proton-proton à 13 TeV (source Machine, Pythia 8) : 122 traces courbées par le champ, plus de 2 000 cellules touchées, deux jets et un photon reconstruits.

L'espace Détecteur de TreeLevel sur Windows : une collision proton-proton à 13 TeV dans les coupes x–y et z–ρ, avec ses traces, ses dépôts et ses jets reconstruits — Le Détecteur sur une collision proton-proton à 13 TeV (source Machine, Pythia 8) : 122 traces courbées par le champ, plus de 2 000 cellules touchées, deux jets et un photon reconstruits.

La vue 3D

Sous les deux coupes, la vue 3D montre le détecteur en volume, de trois quarts : les tonneaux et les bouchons en fil de fer légèrement ombré, les hélices dans le champ, les impacts. Un clic l'agrandit ; on la tourne en glissant, on zoome en pinçant ou à la molette et l'on déplace en défilant ; un double-clic ramène la vue de départ.on zoome à la molette ; un double-clic ramène la vue de départ.on zoome en pinçant ; toucher deux fois ramène la vue de départ. Le menu Afficher choisit ce qu'on voit — chaque partie du détecteur, les bouchons, les trajectoires, les impacts, les jets (un cône à peine teinté), les dépôts (en tours) : des transparences qui se recouvrent deviennent vite illisibles, et l'on ne garde que ce qu'on regarde. D'origine : le trajectographe, le calorimètre e.m., les bouchons, les particules incidentes, les trajectoires, les impacts et, au femtomètre, les cordes.

La coupe agrandie : zoom, échelle, vertex

Un clic sur une coupe l'ouvre dans sa propre fenêtre, redimensionnable, qui suit l'événement courant ; Échap ou le ⓧbouton Fermer la referme. On y zoome jusqu'à mille milliardsdix millions de milliards de fois, du mètre du détecteur au femtomètre :

La coupe agrandie ×200 autour du point d'interaction, barre d'échelle d'un centimètre — La coupe agrandie, ×200 autour du point d'interaction : un $K^0_S$ vole quelque 2,5 cm avant de se désintégrer ; la barre d'échelle mesure 1 cm.

zoomer : pincer au trackpad, un cran de molette, ⌘ + défilement, ⌘+ et ⌘− ; avec ⌥, dix fois plus vite. Le zoom se fait autour du pointeur ;
zoomer : un cran de molette, Ctrl + et Ctrl − ; avec Maj, dix fois plus vite. La molette zoome autour du pointeur ;
zoomer : pincer, ou les boutons − et + au-dessus de la coupe ; le zoom se fait autour des doigts ;
déplacer : glisser, ou défiler au trackpad ; tout revoir : double-clic ou ⌘0 ;
déplacer : glisser ; tout revoir : double-clic ou Ctrl 0 ;
déplacer : glisser d'un doigt ; tout revoir : toucher deux fois ;
la case grille pose une grille légère dont les mailles ont la longueur de la barre d'échelle, et la suivent au zoom ;
le menu Afficher choisit les parties du détecteur et de l'événement — d'origine tout, sauf les dépôts. Les particules incidentes arrivent du bord le long du faisceau jusqu'à la collision ; la coupe $x\text{–}y$ , qui les voit de face, les marque au vertex : ⊙ celle qui vient vers vous, ⊗ celle qui s'éloigne ;
une barre d'échelle, en bas, dit ce que représente une longueur — 1 m, 5 cm, 200 µm, 10 nm, 1 fm.

Les trajectoires partent de leur vertex de production, celui que le générateur a calculé. Le vertex primaire est un point plein, un vertex de désintégration un point creux, et la mère qui a volé jusque-là est tracée : en trait plein si elle est chargée, en pointillé si elle est neutre. On y voit les V des $K^0_S$ et des $\Lambda$ à quelques centimètres, les B au millimètre, le $\tau$ à moins de cent micromètres. Dès que dix micromètres se lisent à l'écran, un bandeau prévient que l'on est plus fin que ce qu'un trajectographe au silicium sait situer ; au femtomètre, que les positions sont celles du modèle de hadronisation.

Le curseur posé sur une trajectoire dit ce qu'elle est. Un clic la désigne : elle passe en gras, avec $p_T$ , $\eta$ , $\phi$ , son vertex, où elle s'est désintégrée et après quelle distance, son paramètre d'impact $d_0$ , sa lignée jusqu'au processus dur et sa ligne du listing. Le menu descendance de fait ressortir tout ce qu'une particule a donné — les jets d'un W, les leptons d'un Z, les produits d'un B —, le reste s'efface. Les hadrons sont nommés : B, D, $\Lambda_b$ , $\Lambda_c$ , et les autres.

Le filtre de l'espace Génération sert ici aussi, sur ce que le détecteur reconstruit — voir Filtrer les événements.

La zone d'interaction

Au femtomètre, la coupe agrandie montre la zone où la collision a eu lieu, telle que le générateur la modélise : rien de ce qu'on y voit ne se mesure. Pour que Pythia 8 y place les particules, cocher positions dans la zone d'interaction (modèle, fm) dans les réglages de l'espace Génération — la case paraît quand TreeLevel Tools 0.5le module Pythia 0.5 ou plus récent est installé. La couche partons et cordes (modèle) du menu Afficher dessine alors :

La coupe z–ρ ×2·10¹⁵ d'une annihilation e⁺e⁻ → b b̄ à 200 GeV, le corps de la corde rose — La zone d'interaction d'une annihilation $e^+e^-\to b\bar b$ à 200 GeV, $\times2\cdot10^{15}$ : le corps de la corde, tendu entre le $b$ et le $\bar b$ qui s'éloignent, tiré par ses gluons ; les hadrons en partent. La barre d'échelle mesure 2 fm.

les particules incidentes, en trait épais, venues du faisceau ; un losange marque le processus dur et chaque interaction multiple ;
la gerbe : chaque parton part dans la direction de son impulsion — gluons ondulés, quarks en trait plein —, les branchements durs près du centre, les mous plus loin. Les branchements et les directions sont ceux du générateur ; les distances sont choisies pour la lecture ;
le corps de chaque corde de couleur, en rose : une sphère au vertex que ses partons poussent le long de la gerbe, sa surface tendue au plus court ; ses deux bouts, qui s'éloignent, l'étirent. Chaque hadron en bourgeonne comme une dendrite qui s'affine jusqu'au point où Pythia le fait naître, et sa trajectoire en part. Un hadron né très loin — à des milliers de femtomètres le long du faisceau, dans une collision de protons — y est relié par un filament.

À lire avant tout. La gerbe, les cordes et les dendrites ne sont ni une mesure ni une prédiction : c'est une reconstruction graphique et heuristique de la simulation, plus artistique que scientifique, de processus qui n'ont aucun pendant rigoureux. Seuls les vertex des interactions et les lieux de naissance des hadrons viennent du générateur — et ce sont eux-mêmes les positions de son modèle, qu'aucune expérience n'observe. Cette vue illustre ; elle ne prétend pas représenter la réalité.

La légende décrit chaque corde du processus dur : ses partons, ses hadrons, sa masse. Le bouton viseur ⌖ (⌘⇧0Ctrl Maj 0) remet la collision au centre sans changer le zoom, et la vue la suit ensuite d'un événement à l'autre. La vue 3D montre le même corps en volume, ombré, quand on s'en approche, avec la couche partons et cordes (modèle) cochée dans son menu Afficher.