Analisi dei dati di MEG nel 2008

Analisi dei dati di MEG
raccolti nel 2008
Fabrizio Cei
INFN e Università di Pisa
CSN1
Ferrara, 18 settembre 2009
18 settembre 2009
Fabrizio Cei
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Sommario
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Schema dell’analisi e gestione dei dati
Calibrazioni e risoluzioni
Normalizzazione
Analisi di likelihood:
- generalità e procedura;
- determinazione delle PDF’s;
- tagli di analisi;
- apertura della Blinding Box.
 Risultati
 Conclusioni
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Schema dell’analisi e gestione
dei dati e dello spazio disco
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Schema dell’analisi 1)
Nel 2006 venne presentato a questa commissione ed
approvato nelle linee generali uno schema di analisi in 4
passi:
- passo 0 (PSI): riduzione on-line dei dati per spazio disco;
- passo 1 (PSI): pre-analisi e riduzione off-line, creazione di alberi
in formato root (fattore di riduzione > 10, da ripetere 12 volte);
- passo 2 (PSI): analisi più accurata, raffinamento delle calibrazioni
(da ripetere ~ 5 volte);
- passo 3 (locale): trasferimento di alberi root e analisi finale.
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Schema dell’analisi 2)
Per i dati 2008:
- passo 0: OK (lo spazio disco è stato sufficiente per contenere
dati raw, dati ricostruiti, MC e accounts degli utenti)
- passo 1: eseguito due volte (importanti raffinamenti nell’analisi
delle camere, inclusione degli hits sul TC nel tracciamento);
fattore di riduzione ~ 7;
- passo 2: eseguito tre volte (ultima il 25 luglio); in questa fase si
producono files open (accessibili per l’analisi) e blinded
(eventi in una finestra pre-selezionata attorno al segnale);
- passo 3: ripetuto in corrispondenza del passo 2, utilizzando sia
le risorse di calcolo locali che quelle del PSI.
Lo schema approvato nel 2006 è stato quindi rispettato nelle
linee generali e si è dimostrato adeguato.
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Gestione dello spazio disco
Situazione attuale
“Other” indica MC, utenti etc.
RAW data
Dati ricostruiti
Piano per i dati 2009: 115 Tb liberabili tenendo su disco solo gli alberi
root finali dei dati fisici, i dati di calibrazione ricostruiti e i dati raw solo per
decadimento radiativo e Dalitz (calibrazione temporale).
After cleanup
Discussione in corso per migliorare la riduzione dei dati
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Calibrazioni e risoluzioni
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Strumenti di calibrazione
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Calibrazioni e risoluzioni XEC 1)
Riga del Li a 17.6
MeV per tutto il
periodo
Evoluzione temporale della
luce monitorata con CW
Risoluzione in energia a 55 MeV (p0)
convoluta con piedistallo (centro XEC)
sR = 1.5%
FWHM = 4.6 %
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Uniformità
spaziale della
risoluzione
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Calibrazioni e risoluzioni XEC 2)
Efficienza assoluta del calorimetro
Spettro del fondo vs MC
Spettro del fotone a 55 MeV vs MC
Riassunto delle risoluzioni XEC
Mediata sul
rivelatore
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Calibrazioni e risoluzioni DCH
Risoluzioni angolari in f e q delle camere
misurate utilizzando i due segmenti di una
traccia con due giri trattandoli come
indipendenti. Propagandoli fino al punto di
minima distanza dalla linea di fascio si
ottengono due misure di f e q 
s(f) = s(Df)/sqrt(2); s(q) = s(Dq)/sqrt(2)
s(Df) = 14 mrad
 s(f) = 10 mrad
Risoluzione in impulso (spettro di Michel
+ efficienza + 3 gaussiane)
score = 374 keV (60%)
stail1 = 1.06 MeV (33%)
stail2 = 2 MeV (7%)
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s(Dq) = 25 mrad
 s(q) = 18 mrad
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Calibrazioni e risoluzioni TC+DT
Risoluzione intrinseca delle barre
misurata utilizzando barre adiacenti
Risoluzione in tempo relativo
misurata in runs dedicati di
decadimento radiativo
Soglia in Eg abbassata  Eg > 27 MeV. Con trigger MEG, Eg > 40 MeV e s  150 ps
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Selezioni e normalizzazione
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Finestre di preselezione/blinding
Selezione nel piano
(Eg, Dt)
+ traccia ricostruita
con hit su TC
Blinded files:
0.2 % eventi
Open files: 16 % eventi
Offset temporale non sottratto; nei processamenti successivi la distribuzione
è centrata a zero (Dalitz + decadimento radiativo)
Blinding box finale  1 ns intorno allo zero.
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Normalizzazione 1)
N eg  BR(    e g )  k  BR(    e g ) /SES
dove:
 fS
k  N e  
 fM
 

 (TRG  0|e g )
 
  A(g |track )   (g )  Psc( 22)

   (TRG  22|track  em  TC ) 
f S  A(DC )   (track , p e  50MeV|DC )   (TC| p e  50MeV ) S
fM   M
fattore di pre-scaling 107
fS/fM si ottiene generando e ricostruendo eventi MC di positrone
(segnale e Michel) in funzione del numero del run per tenere conto
dell’instabilità delle camere.
TRG = 22 indica il trigger per eventi di Michel (solo traccia)
TRG = 0 indica il trigger per eventi MEG
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Normalizzazione 2)
Valore finale
k = 4.7∙1011 ± 10%
Valutazione indipendente
k = 4.9∙1011 ±10%
k = 1/”SES” (non proprio
una SES; fondo non zero)
Vantaggio della tecnica: usa il numero MISURATO di positroni di Michel invece
del numero CALCOLATO di -stop per secondo (indipendente dall’accettanza ed
efficienza delle camere al variare del tempo). Risultato confermato con calcoli
basati sull’accettanza ed efficienza mediate nel tempo.
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Analisi di likelihood
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Generalità e procedure
Tre analisi di likelihood indipendenti: Tokyo, Roma e Pisa; prescrizione di
Feldman-Cousins (+ test bayesiano per analisi romana).
1) Analisi di Tokyo e Roma eseguono un fit di maximum likelihood
cercando il miglior valore del numero di eventi di segnale S, RD e fondo B.
Funzione di likelihood:
N Nobs exp ( N ) Nobs  N Sig
N RD
N BG 
L(N Sig , N RD , N BG ) 
S

R

B


N obs!
N
N 
i 1  N
Nobs = numero di eventi
osservati
In seguito, scan nel piano (Nsig, NRD) per determinare la curva di C.L.
ed i limiti al 90% C.L.
2) Analisi pisana usa il numero atteso di eventi RD e BG (con le loro
incertezze) per costruire una tabella di rapporti di likelihood al variare
del numero di eventi di segnale. Tramite il confronto con i dati sperimentali si
determina la curva al 90% C.L. Lo scan è intrinsico alla procedura.
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Determinazione delle PDF’s 1)
Segnale: Energia Gamma da p0 (DRS) o MC basato sulla risoluzione (TRG);
Energia Positrone: 3 gaussiane con larghezze determinate dal fit dei positroni
di Michel;
Angolo relativo e+-g: toy MC basato sulle misure sperimentali delle risoluzioni
angolari di positrone e fotone;
Tempo relativo e+-g: gaussiana con sigma = 147 (o 135) ps dal fit del
decadimento radiativo nei dati MEG con Energia Gamma fuori dalla blinding box
Decadimento radiativo:
Energia Gamma + Energia Positrone + Angolo
relativo e+-g in base alla distribuzione teorica
convoluta con la risposta del rivelatore (correlazioni).
Tempo relativo e+-g: gaussiana con
sigma = 147 (o 135) ps come per il segnale.
N.B. Due analisi (Roma e Pisa) utilizzano un’unica
pdf per tutti gli eventi e l’angolo stereo Qeg;
l’analisi di Tokyo utilizza delle pdf evento per
evento e separa qeg e feg.
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Determinazione delle PDF’s 2)
Accidentali: fit alle distribuzioni in Energia Gamma, Energia Positrone e Angolo
Relativo per eventi nelle “side bands” temporali  |DTeg| > 1 ns
Energia Gamma
Decadimento radiativo accidentale + Annichilazione in volo + risoluzione + pileup
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Determinazione delle PDF’s 3)
Analisi di Tokyo
qeg in varie posizioni z sul calorimetro
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feg in varie posizioni y sul calorimetro
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Tagli di analisi
Positrone
Tagli sulla qualità delle tracce (numero minimo di hits, numero minimo di camere, fit con
chi2 buono …);
Selezione della traccia con la pattern recognition di migliore qualità;
Assegnazione del tempo del TC alla traccia tramite accordo in posizione sul TC;
Tagli ellittici sul bersaglio e sulla spot del fascio al centro di COBRA.
(Già utilizzati nella normalizzazione per contare gli eventi di Michel.)
Fotone + correlazione e+-g
Reiezione dei raggi cosmici in base al rapporto di carica dietro/davanti nel calorimetro;
Taglio di volume fiduciale per il fotone;
Identificazione del pile-up nel calorimetro e correzione dell’energia del fotone;
Cos(Qeg) < -0.995 ( Qeg > 174.268o) (nell’analisi di Tokyo.: feg < 0.1 && qeg < 0.1)
50 MeV < Ee < 56 MeV;
46 MeV < Eg < 60 MeV;
|Dteg| < 1 ns;
Disponibili due ricostruzioni in energia (DRS e TRG) e due algoritmi per la ricostruzione
del tempo dello Xe  del tempo relativo.
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Apertura della blinding box
Blinding Box aperta il 30 luglio alle 21:30; ~ 1000 eventi nella regione di
analisi. Risultati discussi nella collaborazione il 4 agosto.
Vari controlli (in corso) sugli effetti sistematici; i più rilevanti sembrano dovuti
alle scale in energia del calorimetro (DN = 0.6) e del tracciatore (DN = 1.1).
Sensibilità attesa valutata con toy MC (due valutazioni indipendenti) nell’ipotesi
di segnale nullo. La media dei limiti superiori al 90% C.L. è 6.5 (6.0) eventi,
a cui corrisponde un valor medio del limite superiore sul B.R.(→eg):
1.3 (1.2) x 10-11.
Nelle sidebands si ottiene: B.R.(→eg)  (0.9  2.1) x 10-11.
Per confronto il limite superiore attuale di MEGA è 1.2 x 10-11
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Un evento in 3D
Traiettoria del fotone
Traccia del positrone
Hits in XEC
Hits sulle camere
Hits sul TC
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Risultati
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Regione di segnale vs pdf’s
Energia Positrone
Energia Gamma
Angolo relativo
Curve normalizzate al numero totale di eventi: Nero:
Rosso:
Blue:
Verde:
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eventi reali
pdf segnale
pdf RD
pdf accidentali
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Analisi di likelihood 1)
Analisi di Tokyo
0  N Sig  14.7
Fit nella regione di segnale
Analisi pisana
(no fit):
N Sig  18.1
Numero di eventi RD in
accordo con previsioni
ed estrapolazioni
dalle sidebands
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Analisi di likelihood 2)
Analisi romana
0  N Sig  17
Ee+
Viola: Acc.
Verde: RD
Rosso: Seg.
Blu: Totale
(metodo F.C.)
Consistente con i risultati di Tokyo
e Pisa
Controlli:
 Fit alla sola Teg
(sensibile a NRD + NS):
 Fit con carica del trigger
e secondo algoritmo per Tg:
Risultati in accordo con il fit
generale
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Eg
DQeg
Dteg
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Effetti sistematici 1)
Analisi ripetuta
variando alcuni
parametri e
costruendo le
corrispondenti
pdf’s.
NSig
(90 % C.L.)
0.6 % errore
sulla scala 
DNSig= 0.6
%
%
NSig
(90 % C.L.)
psec
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psec
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Effetti sistematici 2)
sf, sq = (10 mrad, 18 mrad) x X
Risoluzione angolare su e+
Assumendo 10% errore  DNSig = 0.35
Scala in energia e+
300 keV errore  DNSig  1
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Eg vs Ee+
103 eventi MC
Taglio al 90% sulle altre variabili (angolo relativo, tempo relativo)
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Limite su B.R.(→eg)
Il limite superiore migliore al 90 % C.L. NSig  14.7
corrisponde ad un limite superiore al 90 % C.L.:
BR(→eg)  3.0 x 10-11
 2 volte peggiore della sensibilità attesa.
Probabilità di fluttuazione statistica: (3  5) %
a seconda dell’analisi
Risultato pubblicato in arXiv:0908.2594
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Conclusioni e riepilogo
 I dati raccolti da MEG nel 2008 sono stati analizzati tramite uno
schema a passi successivi simile a quello approvato nel 2006.
 La normalizzazione assoluta è stata effettuata partendo dalla
misura diretta del numero di eventi di Michel raccolti con un
trigger dedicato per risultare indipendenti dalle variazioni
temporali di accettanza ed efficienza dell’apparato (DC + LXe).
 Tre analisi di likelihood indipendenti hanno ottenuto limiti
superiori sul B.R. (→eg) ragionevolmente compatibili.
 Il limite superiore al 90 % C.L. è
B.R. (→eg)  3.0 x 10-11.
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