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Simulare un rivelatore

Ciò che un apparato vedrebbe dell'evento: tracce curvate dal campo, depositi nei calorimetri, getti, e l'energia che manca.

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Definire il rivelatore

A sinistra, la definizione del rivelatore: cilindri coassiali attorno al fascio — strati del tracciatore, calorimetri elettromagnetico e adronico (raggi, semilunghezza, celle $\Delta\eta\times\Delta\phi$ , risoluzione), camere a muoni, campo solenoidale — poi le efficienze, le soglie, i parametri dei jet anti- $k_T$ e la risoluzione dell'energia trasversa mancante. Tre preimpostazioni (collisore adronico, $e^+e^-$ , perfetto); Salva conserva il vostro rivelatore in «I miei rivelatori», riutilizzabile in qualunque documento.

Dei tappi chiudono ogni barile alle due estremità, come in ATLAS o CMS: tre dischi al tracciatore, un disco per calorimetro, una ruota di camere a muoni. Ognuno si accosta all'estremità del suo barile — 5 cm dopo, perché i due si distinguano nella sezione $z\text{–}\rho$ —, largo quanto lui, e si ferma prima del tappo successivo; se ne regolano lo spessore e il raggio del foro del fascio, comune a tutti. La copertura in $|\eta|$ arriva allora fino al foro — circa 3,9 per il calorimetro e.m. del collisore adronico, invece di 1,7 —, i jet in avanti si ricostruiscono, e ciò che sfugge dal foro manca al bilancio dell' $E_T$ mancante, come in un vero esperimento. Un documento fatto con una versione precedente si apre senza tappi e ridà i suoi risultati. I tappi dei calorimetri e delle camere a muoni possono anche stare dentro il loro barile (int.): nel suo cavo, a filo dell'estremità, circondati da esso; i dischi del tracciatore restano dopo il suo barile.

Le sezioni e gli oggetti

Al centro, le sezioni $x\text{–}y$ e $z\text{–}\rho$ del rivelatore con l'evento corrente: eliche delle particelle cariche nel campo, impatti sugli strati, depositi calorimetrici per cella, jet, $E_T$ mancante. A destra, gli oggetti ricostruiti dell'evento, le prestazioni del rivelatore sul campione (risoluzione in $p_T$ e in $\eta$ , efficienza in funzione di $p_T$ e di $\eta$ , per tipo di oggetto) e la stessa statistica di Generazione, ma sugli oggetti ricostruiti.

Lo spazio Rivelatore di TreeLevel sul Mac: una collisione protone-protone a 13 TeV nelle sezioni x–y e z–ρ, con tracce, depositi e jet ricostruiti — Il Rivelatore su una collisione protone-protone a 13 TeV (sorgente Macchina, Pythia 8): 122 tracce curvate dal campo, oltre 2000 celle colpite, due jet e un fotone ricostruiti.

Lo spazio Rivelatore di TreeLevel sull'iPad: una collisione protone-protone a 13 TeV nelle sezioni x–y e z–ρ, con tracce, depositi e jet ricostruiti — Il Rivelatore su una collisione protone-protone a 13 TeV (sorgente Macchina, Pythia 8): 122 tracce curvate dal campo, oltre 2000 celle colpite, due jet e un fotone ricostruiti.

Lo spazio Rivelatore di TreeLevel su Windows: una collisione protone-protone a 13 TeV nelle sezioni x–y e z–ρ, con tracce, depositi e jet ricostruiti — Il Rivelatore su una collisione protone-protone a 13 TeV (sorgente Macchina, Pythia 8): 122 tracce curvate dal campo, oltre 2000 celle colpite, due jet e un fotone ricostruiti.

La vista 3D

Sotto le due sezioni, la vista 3D mostra il rivelatore in volume, di tre quarti: barili e tappi in fil di ferro leggermente ombreggiato, le eliche nel campo, gli impatti. Un clic la ingrandisce; la si ruota trascinando, si ingrandisce pizzicando o con la rotella e si sposta scorrendo; un doppio clic riporta la vista iniziale.si ingrandisce con la rotella; un doppio clic riporta la vista iniziale.si ingrandisce pizzicando; toccare due volte riporta la vista iniziale. Il menu Mostra sceglie che cosa si vede — ogni parte del rivelatore, i tappi, le traiettorie, gli impatti, i jet (un cono appena tinto), i depositi (a torri): trasparenze sovrapposte diventano presto illeggibili, e si tiene solo ciò che si guarda. Di base: il tracciatore, il calorimetro e.m., i tappi, le particelle incidenti, le traiettorie, gli impatti e, al femtometro, le stringhe.

La sezione ingrandita: zoom, scala, vertice

Un clic su una sezione la apre in una finestra propria, ridimensionabile, che segue l'evento corrente; Esc o la ⓧil pulsante Chiudi la chiudono. Vi si ingrandisce fino a mille miliardidieci milioni di miliardi di volte, dal metro del rivelatore al femtometro:

La sezione ingrandita ×200 attorno al punto di interazione, con una barra di scala di un centimetro — La sezione ingrandita, ×200 attorno al punto di interazione: un $K^0_S$ vola circa 2,5 cm prima di decadere; la barra di scala misura 1 cm.

zoomare: pizzicare sul trackpad, uno scatto della rotellina, ⌘ + scorrimento, ⌘+ e ⌘−; con ⌥, dieci volte più veloce. Lo zoom avviene attorno al puntatore;
zoomare: uno scatto della rotellina, Ctrl + e Ctrl −; con Maiusc, dieci volte più veloce. La rotellina zooma attorno al puntatore;
ingrandire: pizzicare, o i pulsanti − e + sopra la sezione; lo zoom si centra sulle dita;
spostare: trascinare, o scorrere sul trackpad; vedere tutto: doppio clic o ⌘0;
spostare: trascinare; vedere tutto: doppio clic o Ctrl 0;
spostare: trascinare con un dito; rivedere tutto: toccare due volte;
la casella griglia stende una griglia leggera con maglie lunghe quanto la barra di scala, che la segue nello zoom;
il menu Mostra sceglie le parti del rivelatore e dell'evento — di base tutto, tranne i depositi. Le particelle incidenti arrivano dal bordo lungo il fascio fino alla collisione; la sezione $x\text{–}y$ , che le vede di fronte, le segna al vertice: ⊙ quella che viene verso di voi, ⊗ quella che si allontana;
una barra di scala, in basso, dice che cosa rappresenta una lunghezza — 1 m, 5 cm, 200 µm, 10 nm, 1 fm.

Le traiettorie partono dal loro vertice di produzione, quello calcolato dal generatore. Il vertice primario è un punto pieno, un vertice di decadimento un punto vuoto, e la madre che è volata fin lì viene disegnata: a tratto continuo se è carica, tratteggiata se è neutra. Si vedono le V dei $K^0_S$ e delle $\Lambda$ a qualche centimetro, i B al millimetro, il $\tau$ a meno di cento micrometri. Non appena si leggono dieci micrometri sullo schermo, una fascia avverte che si guarda più fine di quanto un tracciatore al silicio sappia localizzare; al femtometro, che le posizioni sono quelle del modello di adronizzazione.

Il cursore posato su una traiettoria dice che cos'è. Con un clic la si indica: passa in grassetto, con $p_T$ , $\eta$ , $\phi$ , il suo vertice, dove è decaduta e dopo quale distanza, il suo parametro d'impatto $d_0$ , la sua genealogia fino al processo duro e la sua riga nel resoconto. Il menu discendenza di fa risaltare tutto ciò che una particella ha dato — i jet di un W, i leptoni di una Z, i prodotti di un B —, e il resto sbiadisce. Gli adroni hanno un nome: B, D, $\Lambda_b$ , $\Lambda_c$ e gli altri.

Il filtro dello spazio Generazione serve anche qui, su ciò che il rivelatore ricostruisce — vedi Filtrare gli eventi.

La zona di interazione

Al femtometro, la sezione ingrandita mostra la zona in cui è avvenuta la collisione, come la modella il generatore: nulla di ciò che vi si vede è misurato. Perché Pythia 8 vi collochi le particelle, spuntare posizioni nella zona di interazione (modello, fm) nelle impostazioni dello spazio Generazione — la casella compare quando è installato TreeLevel Tools 0.5il modulo Pythia 0.5 o successivo. Lo strato partoni e stringhe (modello) del menu Mostra disegna allora:

La sezione z–ρ ×2·10¹⁵ di un'annichilazione e⁺e⁻ → b b̄ a 200 GeV, con il corpo rosa della stringa — La zona di interazione di un'annichilazione $e^+e^-\to b\bar b$ a 200 GeV, $\times2\cdot10^{15}$ : il corpo della stringa, teso tra il $b$ e il $\bar b$ che si allontanano, tirato dai suoi gluoni; da lì partono gli adroni. La barra di scala misura 2 fm.

le particelle incidenti, a tratto spesso, venute dal fascio; un rombo segna il processo duro e ogni interazione multipla;
lo sciame: ogni partone parte nella direzione del suo impulso — gluoni ondulati, quark a tratto pieno —, le ramificazioni dure vicino al centro, quelle soffici più lontano. Ramificazioni e direzioni sono quelle del generatore; le distanze sono scelte per la lettura;
il corpo di ogni stringa di colore, in rosa: una sfera al vertice che i suoi partoni spingono lungo lo sciame, con la superficie il più tesa possibile; i suoi due estremi, che si allontanano, la stirano. Ogni adrone ne germoglia come un dendrite che si assottiglia fino al punto in cui Pythia lo fa nascere, e da lì parte la sua traiettoria. Un adrone nato molto lontano — a migliaia di femtometri lungo il fascio, in una collisione di protoni — vi è legato da un filamento.

Da leggere prima di tutto. Lo sciame, le stringhe e i dendriti non sono né una misura né una previsione: sono una ricostruzione grafica ed euristica della simulazione, più artistica che scientifica, di processi che non hanno alcun corrispettivo rigoroso. Solo i vertici delle interazioni e i luoghi di nascita degli adroni vengono dal generatore — e sono a loro volta le posizioni del suo modello, che nessun esperimento osserva. Questa vista illustra; non pretende di rappresentare la realtà.

La legenda descrive ogni stringa del processo duro: i suoi partoni, i suoi adroni, la sua massa. Il pulsante mirino ⌖ (⌘⇧0Ctrl Maiusc 0) riporta la collisione al centro senza cambiare lo zoom, e la vista la segue poi da un evento all'altro. La vista 3D mostra lo stesso corpo in volume, ombreggiato, quando ci si avvicina, con lo strato partoni e stringhe (modello) spuntato nel suo menu Mostra.