ПлатформаВерсия

Моделирование детектора

То, что прибор увидел бы в событии: искривлённые полем треки, отложения в калориметрах, струи и энергия, которой недостаёт.

Этот раздел появился в версии 1.2.

Задать детектор

Слева — описание детектора: соосные цилиндры вокруг пучка — слои трековой системы, электромагнитный и адронный калориметры (радиусы, полудлина, ячейки $\Delta\eta\times\Delta\phi$ , разрешение), мюонные камеры, соленоидальное поле — затем эффективности, пороги, параметры струй anti- $k_T$ и разрешение недостающей поперечной энергии. Три предустановки (адронный коллайдер, $e^+e^-$ , идеальный); Сохранить кладёт ваш детектор в «Мои детекторы», откуда он доступен в любом документе.

Торцы закрывают каждый цилиндр с обоих концов, как в ATLAS или CMS: три диска трекового детектора, по диску на калориметр, колесо мюонных камер. Каждый торец прилегает к концу своего цилиндра — в 5 см за ним, чтобы их можно было различить в сечении $z\text{–}\rho$ , — равен ему по ширине и кончается до следующего торца; настраиваются его толщина и радиус отверстия для пучка, общий для всех. Охват по $|\eta|$ доходит тогда до отверстия — около 3,9 для э.м. калориметра адронного коллайдера вместо 1,7, — передние струи восстанавливаются, а то, что уходит в отверстие, недостаёт в балансе недостающей $E_T$ , как в настоящем эксперименте. Документ, созданный в прежней версии, открывается без торцов и даёт те же результаты. Торцы калориметров и мюонных камер можно также поместить внутрь их цилиндра (внутр.): в его полость, вровень с концом, так что цилиндр их окружает; диски трекового детектора остаются за его цилиндром.

Сечения и объекты

Посередине — разрезы детектора $x\text{–}y$ и $z\text{–}\rho$ с текущим событием: спирали заряженных частиц в поле, попадания в слои, калориметрические отклики по ячейкам, струи, недостающая $E_T$ . Справа — восстановленные объекты события, характеристики детектора на выборке (разрешение по $p_T$ и по $\eta$ , эффективность как функция $p_T$ и $\eta$ , по типам объектов) и та же статистика, что и в «Генерации», но уже по восстановленным объектам.

Пространство «Детектор» TreeLevel на Mac: протон-протонное столкновение при 13 ТэВ в сечениях x–y и z–ρ, с треками, энерговыделениями и восстановленными струями — Детектор на протон-протонном столкновении при 13 ТэВ (источник «Машина», Pythia 8): 122 трека, изогнутых полем, более 2000 задетых ячеек, восстановлены две струи и фотон.

Пространство «Детектор» TreeLevel на iPad: протон-протонное столкновение при 13 ТэВ в сечениях x–y и z–ρ, с треками, энерговыделениями и восстановленными струями — Детектор на протон-протонном столкновении при 13 ТэВ (источник «Машина», Pythia 8): 122 трека, изогнутых полем, более 2000 задетых ячеек, восстановлены две струи и фотон.

Пространство «Детектор» TreeLevel в Windows: протон-протонное столкновение при 13 ТэВ в сечениях x–y и z–ρ, с треками, энерговыделениями и восстановленными струями — Детектор на протон-протонном столкновении при 13 ТэВ (источник «Машина», Pythia 8): 122 трека, изогнутых полем, более 2000 задетых ячеек, восстановлены две струи и фотон.

Вид 3D

Под двумя сечениями вид 3D показывает детектор в объёме, в три четверти: цилиндры и торцы слегка затенённым каркасом, спирали в поле, точки попадания. Щелчок увеличивает его; перетаскивание вращает, щипок или колесо меняют масштаб, прокрутка сдвигает; двойной щелчок возвращает исходный вид.колесо меняет масштаб; двойной щелчок возвращает исходный вид.щипок меняет масштаб; двойное касание возвращает исходный вид. Меню Показать выбирает, что видно, — каждую часть детектора, торцы, траектории, попадания, струи (едва окрашенный конус), отложения (столбиками): налагающиеся прозрачности быстро становятся нечитаемыми, и оставляют только то, на что смотрят. По умолчанию: трековый детектор, э.м. калориметр, торцы, налетающие частицы, траектории, попадания и, в масштабе фемтометра, струны.

Увеличенный разрез: увеличение, масштаб, вершины

Щелчок по разрезу открывает его в отдельном окне с изменяемым размером, которое следует за текущим событием; Esc или ⓧкнопка Закрыть закрывают его. Увеличивать можно в триллиондесять квадриллионов раз — от метра детектора до фемтометра:

Увеличенное сечение ×200 вокруг точки взаимодействия, с масштабной линейкой в один сантиметр — Увеличенное сечение, ×200 вокруг точки взаимодействия: $K^0_S$ пролетает около 2,5 см, прежде чем распасться; масштабная линейка — 1 см.

увеличение: сведение пальцев на трекпаде, щелчок колёсика, ⌘ + прокрутка, ⌘+ и ⌘−; с ⌥ — в десять раз быстрее. Увеличение идёт вокруг указателя;
увеличение: щелчок колёсика, Ctrl + и Ctrl −; с Shift — в десять раз быстрее. Колёсико увеличивает вокруг указателя;
увеличить: сведением пальцев или кнопками − и + над сечением; масштаб меняется вокруг пальцев;
сдвиг: перетаскивание или прокрутка на трекпаде; вид целиком: двойной щелчок или ⌘0;
сдвиг: перетаскивание; вид целиком: двойной щелчок или Ctrl 0;
сдвинуть: провести одним пальцем; увидеть всё: коснуться дважды;
флажок сетка накладывает лёгкую сетку с ячейкой длиной в масштабную линейку, следующую за масштабом;
меню Показать выбирает части детектора и события — по умолчанию всё, кроме отложений. Налетающие частицы приходят от края вдоль пучка к столкновению; разрез $x\text{–}y$ , видящий их анфас, отмечает их в вершине: ⊙ — идущую к вам, ⊗ — удаляющуюся;
масштабная линейка внизу показывает, чему соответствует длина: 1 м, 5 см, 200 мкм, 10 нм, 1 фм.

Траектории начинаются в своей вершине рождения — той, что вычислил генератор. Первичная вершина — сплошная точка, вершина распада — полая, а мать, долетевшая до неё, прорисована: сплошной линией, если она заряжена, пунктиром, если нейтральна. Видны V от $K^0_S$ и $\Lambda$ в нескольких сантиметрах, B — в миллиметре, $\tau$ — ближе ста микрометров. Как только на экране различимы десять микрометров, плашка предупреждает, что масштаб уже мельче того, с какой точностью кремниевый трекер определяет положение; на фемтометрах — что положения заданы моделью адронизации.

Подсказка при наведении на траекторию говорит, что это. Щелчок выделяет её: она становится жирной, и показываются $p_T$ , $\eta$ , $\phi$ , её вершина, где и через какое расстояние она распалась, прицельный параметр $d_0$ , родословная до жёсткого процесса и её строка в листинге. Меню потомки выделяет всё, что дала частица, — струи W, лептоны Z, продукты B, — остальное бледнеет. Адроны названы: B, D, $\Lambda_b$ , $\Lambda_c$ и другие.

Фильтр раздела «Генерация» работает и здесь — по тому, что реконструирует детектор; см. Фильтрация событий.

Зона взаимодействия

В масштабе фемтометра увеличенный разрез показывает зону, где произошло столкновение, такой, какой её моделирует генератор: ничто из того, что там видно, не измерено. Чтобы Pythia 8 расставила там частицы, отметьте положения в зоне взаимодействия (модель, фм) в настройках пространства «Генерация» — флажок появляется, когда установлен TreeLevel Tools 0.5модуль Pythia 0.5 или новее. Слой партоны и струны (модель) меню Показать рисует тогда:

Разрез z–ρ ×2·10¹⁵ аннигиляции e⁺e⁻ → b b̄ при 200 ГэВ с розовым телом струны — Зона взаимодействия аннигиляции $e^+e^-\to b\bar b$ при 200 ГэВ, $\times2\cdot10^{15}$ : тело струны, натянутое между разлетающимися $b$ и $\bar b$ и вытянутое её глюонами; из него выходят адроны. Масштабная линейка — 2 фм.

налетающие частицы толстой линией, пришедшие из пучка; ромб отмечает жёсткий процесс и каждое множественное взаимодействие;
ливень: каждый партон уходит в направлении своего импульса — глюоны волнистыми линиями, кварки сплошными, — жёсткие ветвления ближе к центру, мягкие дальше. Ветвления и направления взяты из генератора; расстояния выбраны для наглядности;
тело каждой цветовой струны, розовым: сфера в вершине, которую её партоны выталкивают вдоль ливня, с поверхностью, натянутой как можно туже; её два конца, разлетаясь, растягивают её. Каждый адрон отпочковывается от неё, как дендрит, сужающийся к точке, где его рождает Pythia, и оттуда начинается его траектория. Адрон, родившийся очень далеко — за тысячи фемтометров вдоль пучка, в столкновении протонов, — связан с ней нитью.

Прочтите прежде всего. Ливень, струны и дендриты — не измерение и не предсказание: это графическая, эвристическая реконструкция моделирования, скорее художественная, чем научная, процессов, у которых нет строгого аналога. От генератора идут лишь вершины взаимодействий и места рождения адронов — да и они сами лишь положения его модели, которые не наблюдает ни один эксперимент. Этот вид иллюстрирует; он не претендует на изображение действительности.

Легенда описывает каждую струну жёсткого процесса: её партоны, её адроны, её массу. Кнопка прицела ⌖ (⌘⇧0Ctrl Shift 0) возвращает столкновение в центр, не меняя масштаба, и вид затем следует за ним от события к событию. Трёхмерный вид показывает то же тело объёмным, с тенями, если к нему приблизиться, при отмеченном слое партоны и струны (модель) в его меню Показать.