Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Introduction to the Particle Physics Data Analysis
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-1-015-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Grabowska-Bołd Iwona (iwona.grabowska@cern.ch)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Grabowska-Bołd Iwona (iwona.grabowska@cern.ch)
dr Palni Prabhakar (prabhakar.palni@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

This course aims at giving an introduction to data analysis collected by modern experiments of particle physics. Students will work with data collected by the ATLAS experiment at the LHC.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Execution of the project FT1A_W04, FT1A_W03, FT1A_W02, FT1A_W01 Projekt
M_W002 Presentation and discussion of project results FT1A_W04, FT1A_W03, FT1A_W02, FT1A_W01 Prezentacja
Umiejętności
M_U001 Execution of laboratory classes FT1A_U03, FT1A_U02, FT1A_U01, FT1A_U04 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Execution of project FT1A_U03, FT1A_U02, FT1A_U01, FT1A_U04 Wykonanie projektu
M_U003 Active participation in seminars FT1A_U03, FT1A_U02, FT1A_U01 Udział w dyskusji
Kompetencje społeczne
M_K001 Student is able to discuss about the importance of fundamental research FT1A_K01 Udział w dyskusji
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Execution of the project + - + - - - - - - - -
M_W002 Presentation and discussion of project results + - + - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Execution of laboratory classes - - + - - - - - - - -
M_U002 Execution of project - - + - - - - - - - -
M_U003 Active participation in seminars - - + - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student is able to discuss about the importance of fundamental research - - + - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Lecture 1: Brief introduction to Standard Model and Detectors (3h)

    1) Introduction to units, fundamental particles (quaks, leptons and bosons) and forces.
    2) Basic Feynman diagram and rules (e.g. Z→ee ) and Interactions of particles with matter
    3) Discussion of the principle of operation of the modern particle detector on the example of ATLAS experiment on LHC (Tracking detectors and Calorimeters)

    Demo: short video of LHC accelerator (10-15 min)

  2. Lecture 2: Measurement methods in particle physics (2h)

    1) Discussion of data analysis methods in particle physics: signal and background definition
    2) Event display and visualization
    3) Example: Z particle measurement with decay into two leptons

    Demo : Atlantis Event Display (10-15 min)

  3. Lecture 3: ATLAS Open Data Project (2h)

    1) Overview of the ATLAS Open Data project: characteristics of the data used
    2) Criteria used for event selection
    3) Definitions of selected kinematic variables used for data analysis (pt ,eta, phi, etc), luminosity, cross section, efficiencies etc
    4) Limitations of data used in the ATLAS Open Data project

  4. Lecture 4: Need of Monte-Carlo Simulation in Particle Physics (2h)

    1) Discussion on the understanding the performance of the detector using simulation
    2) Modelling the signal and expected background under the process of interest
    3) Advantage of MC truth information, calculation of systematic uncertainties etc.

  5. Lecture 5: Statistical methods Used Data Analysis (2h)

    1) Discussion on the statistical tools used in the data analysis
    2) Optimization of selection criteria to optimize the number of signal and background
    3) Discussion of kinematic variables and criteria for the selection of signal in the case with the Drell-Yan process or the production of top quark pairs

  6. Lecture 6: Data analysis tools (2h)

    1) Data format available: real and simulated cases
    2) Data analysis tools on the example of atlas-outreach-data-tools-framework
    3) Measurement of systematics and statistical uncertainty in particle physics

  7. Lecture 7: Data Analysis of Z->ee or/and W->mu nu (2h)

    1) Walk through the Data Analysis Strategy event selection
    2) Interpretation of plots, results, discussion and conclusions

Ćwiczenia laboratoryjne:
  1. Session 1: Introduction to tools and data used in HEP (3 h)
  2. Session 2: Hands on example of Project 1, using ATLAS open data project (3h)
  3. Session 3: Exercise for the Students Project 2 (3h)

    Project 1: Measurement of the Z boson
    1) Discussion of the Z-particle reference 
    
2) Discussion of the Z-particle selection criteria 

    3) The implementation of selected distributions of kinematic variables of the Z-particle breakdown products


    Project 2: Measurement of the W boson
    1) Discussion of the particle number signature W 

    2) Discussion of the W particle selection criteria 

    3) Implementation of selected distributions of kinematic variables of the W particle breakdown products


    Project 3: Measurement of pairs of top quarks
    1) Overview of top quark reference
    2) Discussion of quark selection criteria

    3) Execution of selected distributions of kinematic variables of quark decay products


    Project 4: Higgs particle measurement (Extra Creadits)
    1) Discussion of the Higgs particle signature 

    2) Discussion of the criteria for the selection of cases with the production of the Higgs particle 

    3) The implementation of selected distributions of kinematic variables of the Higgs boson breakdown products


    Project 5: Search for a signal from a new particle Z prim (Extra Creadits)
    1) Discussion of the particle reference Z ‘ 

    2) Discussion of the criteria of selection of cases with the production of the particle Z’ 

    3) The implementation of selected distributions of kinematic variables for candidates for the new particle Z’


Zajęcia seminaryjne:
  1. Seminar 1: Review topics and project results from the Standard Model domain (2h)
  2. Seminar 2: Review topics and project results from the Higgs and searches domain (2h)
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 15 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 21 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 4 godz
Wykonanie projektu 25 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 25 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Credits:

P – Participation 40 %
L – Laboratory participation + exercises 25%
P – Project 20%
S – Seminar 15%

The final mark (FM)
FM = 0.4 x P + 0.25 x L + 0.2 x P + 0.15 x S



Wymagania wstępne i dodatkowe:

Basic understanding of particle physics (not mandatory)
Knowledge of the basics of C++, python, linux OS (not mandatory)

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

References to literature and books:
1. Introduction to Elementary Particles:  by David Griffiths 2nd Edition
2. Introduction to High Energy Physics: by DH Perkins, PWN, 2005. 
3. Modern Particle Physics: by Mark Thomson 1st Edition

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Full list of publications: http://inspirehep.net/author/profile/P.Palni.1

Informacje dodatkowe:

Brak