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Simular um detector

O que um aparelho veria do evento: traços curvados pelo campo, depósitos nos calorímetros, jatos, e a energia que falta.

Este espaço veio com a versão 1.2.

Definir o detector

À esquerda, a definição do detector: cilindros coaxiais em torno do feixe — camadas do traçador, calorímetros eletromagnético e hadrônico (raios, semicomprimento, células $\Delta\eta\times\Delta\phi$ , resolução), câmaras de múons, campo solenoidal — e depois as eficiências, limiares, parâmetros dos jatos anti- $k_T$ e resolução da energia transversal faltante. Três predefinições (colisor hadrônico, $e^+e^-$ , perfeito); Salvar guarda seu detector em “Meus detectores”, reutilizável em qualquer documento.

Tampas fecham cada barril nas duas pontas, como no ATLAS ou no CMS: três discos no rastreador, um disco por calorímetro, uma roda de câmaras de múons. Cada uma encosta na ponta do seu barril — 5 cm depois, para distinguir os dois no corte $z\text{–}\rho$ —, tão larga quanto ele, e para antes da tampa seguinte; ajustam-se sua espessura e o raio do furo do feixe, comum a todas. A cobertura em $|\eta|$ vai então até o furo — cerca de 3,9 para o calorímetro e.m. do colisor hadrônico, em vez de 1,7 —, os jatos para a frente são reconstruídos, e o que escapa pelo furo falta no balanço da $E_T$ faltante, como num experimento real. Um documento feito com uma versão anterior abre sem tampas e dá os mesmos resultados. As tampas dos calorímetros e das câmaras de múons também podem ficar dentro do seu barril (int.): no seu oco, rentes à ponta, cercadas por ele; os discos do rastreador ficam depois do seu barril.

Os cortes e os objetos

Ao centro, os cortes $x\text{–}y$ e $z\text{–}\rho$ do detector com o evento atual: hélices das partículas carregadas no campo, impactos nas camadas, depósitos calorimétricos por célula, jatos, $E_T$ faltante. À direita, os objetos reconstruídos do evento, o desempenho do detector sobre a amostra (resolução em $p_T$ e em $\eta$ , eficiência em função de $p_T$ e de $\eta$ , por tipo de objeto) e a mesma estatística que em Geração, mas sobre os objetos reconstruídos.

O espaço Detector do TreeLevel no Mac: uma colisão próton-próton a 13 TeV nos cortes x–y e z–ρ, com seus traços, depósitos e jatos reconstruídos — O Detector numa colisão próton-próton a 13 TeV (fonte Máquina, Pythia 8): 122 traços curvados pelo campo, mais de 2.000 células atingidas, dois jatos e um fóton reconstruídos.

O espaço Detector do TreeLevel no iPad: uma colisão próton-próton a 13 TeV nos cortes x–y e z–ρ, com seus traços, depósitos e jatos reconstruídos — O Detector numa colisão próton-próton a 13 TeV (fonte Máquina, Pythia 8): 122 traços curvados pelo campo, mais de 2.000 células atingidas, dois jatos e um fóton reconstruídos.

O espaço Detector do TreeLevel no Windows: uma colisão próton-próton a 13 TeV nos cortes x–y e z–ρ, com seus traços, depósitos e jatos reconstruídos — O Detector numa colisão próton-próton a 13 TeV (fonte Máquina, Pythia 8): 122 traços curvados pelo campo, mais de 2.000 células atingidas, dois jatos e um fóton reconstruídos.

A vista 3D

Abaixo dos dois cortes, a vista 3D mostra o detector em volume, de três quartos: os barris e as tampas em arame levemente sombreado, as hélices no campo, os impactos. Um clique a amplia; arrastando, ela gira, amplia-se pinçando ou com a roda e desloca-se rolando; um clique duplo traz de volta a vista inicial.amplia-se com a roda; um clique duplo traz de volta a vista inicial.amplia-se pinçando; tocar duas vezes traz de volta a vista inicial. O menu Mostrar escolhe o que se vê — cada parte do detector, as tampas, as trajetórias, os impactos, os jatos (um cone mal tingido), os depósitos (em torres): transparências sobrepostas logo ficam ilegíveis, e mantém-se só o que se olha. Por padrão: o rastreador, o calorímetro e.m., as tampas, as partículas incidentes, as trajetórias, os impactos e, no femtômetro, as cordas.

O corte ampliado: zoom, escala, vértice

Um clique num corte o abre em sua própria janela, redimensionável, que acompanha o evento atual; Esc ou o ⓧbotão Fechar a fecham. Nela se amplia até um trilhãodez quatrilhões de vezes, do metro do detector ao femtômetro:

O corte ampliado ×200 em torno do ponto de interação, com uma barra de escala de um centímetro — O corte ampliado, ×200 em torno do ponto de interação: um $K^0_S$ voa cerca de 2,5 cm antes de decair; a barra de escala mede 1 cm.

ampliar e reduzir: pinçar no trackpad, um passo da roda, ⌘ + rolagem, ⌘+ e ⌘−; com ⌥, dez vezes mais rápido. O zoom se faz em torno do ponteiro;
ampliar e reduzir: um passo da roda, Ctrl + e Ctrl −; com Shift, dez vezes mais rápido. A roda amplia em torno do ponteiro;
ampliar: pinçar, ou os botões − e + acima do corte; o zoom se centra nos dedos;
mover: arrastar, ou rolar no trackpad; ver tudo: clique duplo ou ⌘0;
mover: arrastar; ver tudo: clique duplo ou Ctrl 0;
mover: arrastar com um dedo; rever tudo: tocar duas vezes;
a caixa grade sobrepõe uma grade leve cuja malha tem o comprimento da barra de escala, e a acompanha no zoom;
o menu Mostrar escolhe as partes do detector e do evento — por padrão tudo, menos os depósitos. As partículas incidentes chegam da borda ao longo do feixe até a colisão; o corte $x\text{–}y$ , que as vê de frente, as marca no vértice: ⊙ a que vem na sua direção, ⊗ a que se afasta;
uma barra de escala, embaixo, diz o que representa um comprimento — 1 m, 5 cm, 200 µm, 10 nm, 1 fm.

As trajetórias partem de seu vértice de produção, aquele que o gerador calculou. O vértice primário é um ponto cheio, um vértice de decaimento um ponto vazio, e a mãe que voou até ali é desenhada: em traço contínuo se tiver carga, pontilhada se for neutra. Veem-se os V dos $K^0_S$ e dos $\Lambda$ a alguns centímetros, os B no milímetro, o $\tau$ a menos de cem micrômetros. Assim que dez micrômetros se leem na tela, uma faixa avisa que se está olhando mais fino do que um traçador de silício consegue situar; no femtômetro, que as posições são as do modelo de hadronização.

O cursor sobre uma trajetória diz o que ela é. Um clique a destaca: ela passa a negrito, com $p_T$ , $\eta$ , $\phi$ , seu vértice, onde decaiu e após que distância, seu parâmetro de impacto $d_0$ , sua linhagem até o processo duro e sua linha no registro. O menu descendência de faz sobressair tudo o que uma partícula deu — os jatos de um W, os léptons de um Z, os produtos de um B —, e o resto se apaga. Os hádrons têm nome: B, D, $\Lambda_b$ , $\Lambda_c$ e os outros.

O filtro do espaço Geração vale aqui também, sobre o que o detector reconstrói — veja Filtrar os eventos.

A zona de interação

No femtômetro, o corte ampliado mostra a zona onde a colisão aconteceu, tal como o gerador a modela: nada do que se vê ali é medido. Para que o Pythia 8 coloque ali as partículas, marque posições na zona de interação (modelo, fm) nos ajustes do espaço Geração — a caixa aparece quando o TreeLevel Tools 0.5o módulo Pythia 0.5 ou posterior está instalado. A camada pártons e cordas (modelo) do menu Mostrar desenha então:

O corte z–ρ ×2·10¹⁵ de uma aniquilação e⁺e⁻ → b b̄ a 200 GeV, com o corpo rosa da corda — A zona de interação de uma aniquilação $e^+e^-\to b\bar b$ a 200 GeV, $\times2\cdot10^{15}$ : o corpo da corda, esticado entre o $b$ e o $\bar b$ que se afastam, puxado por seus glúons; dele partem os hádrons. A barra de escala mede 2 fm.

as partículas incidentes, em traço grosso, vindas do feixe; um losango marca o processo duro e cada interação múltipla;
o chuveiro: cada párton parte na direção do seu momento — glúons ondulados, quarks em traço contínuo —, as ramificações duras perto do centro, as suaves mais longe. As ramificações e as direções são as do gerador; as distâncias são escolhidas para a leitura;
o corpo de cada corda de cor, em rosa: uma esfera no vértice que seus pártons empurram ao longo do chuveiro, com a superfície a mais tensa possível; suas duas pontas, que se afastam, a esticam. Cada hádron brota dele como um dendrito que se afina até o ponto onde o Pythia o faz nascer, e dali parte sua trajetória. Um hádron nascido muito longe — a milhares de femtômetros ao longo do feixe, numa colisão de prótons — fica ligado a ele por um filamento.

Leia antes de tudo. O chuveiro, as cordas e os dendritos não são nem uma medida nem uma previsão: são uma reconstrução gráfica e heurística da simulação, mais artística que científica, de processos que não têm nenhum equivalente rigoroso. Só os vértices das interações e os locais de nascimento dos hádrons vêm do gerador — e são eles mesmos as posições do seu modelo, que nenhum experimento observa. Esta vista ilustra; não pretende representar a realidade.

A legenda descreve cada corda do processo duro: seus pártons, seus hádrons, sua massa. O botão de mira ⌖ (⌘⇧0Ctrl Shift 0) traz a colisão de volta ao centro sem mudar o zoom, e a vista a acompanha depois de um evento ao outro. A vista 3D mostra o mesmo corpo em volume, sombreado, quando se aproxima dele, com a camada pártons e cordas (modelo) marcada no seu menu Mostrar.