Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7402
Grid Computing for LHC and Methods for W Boson Mass
Measurement at CMS
Christopher Jung
Abstract
In the Standard Model (SM) of particle physics, the masses of
the Higgs boson, of the W boson and of the top quark are correlated via
electroweak loop corrections. The experiments at the Large Hadron Collider
(LHC) focus, amongst other goals, on checking the consistency of the SM and
searching for ’new physics’. This thesis studies the measurement of
the W boson mass at the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment.
At the LHC, a very large amount of data will be recorded
because of the unprecedented center of mass energy and luminosity. As the
computing resources for efficient data storage and processing exceed
capabilities of a centralized computing approach, the LHC experiments have
embraced grid computing. By using a tiered structure, different tasks are
distributed to computing centers worldwide; still, the user has an easy access
to all the resources.
The feasibility study of the W boson measurement presented in
this thesis requires a large number of proton proton collisions to be
simulated. As the computing demands of the simulation exceed the local
resources, the analysis has relied on the use of computing resources on the
grid. In this context, the local computing cluster was integrated into the grid
and administrated.
The LHC experiments will record a much higher number of W
boson and Z boson events than previous experiments. New methods, which use this
higher statistics, can be employed for the W boson measurement. Two of these
are the ’scaling method’ and the ’morphing method’. The
scaling method compares observable distributions from W and Z boson events,
while the morphing method uses an analytical transformation of Z boson events
for modelling W boson events. The methods are investigated in their statistical
resolution and in their systematic uncertainty for the effects of the early CMS
detector in this thesis.
Grid Computing für LHC
und Methoden zur W-Boson Massenmessung bei CMS
Zusammenfassung
Eines der Ziele der
Experimente am Large Hadron Collider (LHC) ist es, die Konsistenz des Standard
Modells der Teilchenphysik zu überprüfen. Im Standard Modell sind die Massen
des Higgs-Bosons, des W-Bosons und des Top-Quarks über elektroschwache Schleifenkorrekturen
korreliert. In dieser Arbeit wird die Messung der W-Boson-Masse am ’Compact
Muon Solenoid (CMS)’-Experiment untersucht; für die Simulation der
Proton-Proton-Kollisionen wurde Grid Computing genutzt.
Am LHC wird wegen
der auf viele Jahre weltweit höchsten Schwerpunktsenergie und Luminosität eine
sehr große Menge an Daten aufgezeichnet. Da die hierfür benötigten
Computingresourcen für effiziente Datenspeicherung und -prozessierung die Fähigkeiten
eines zentralisierten Computingansatzes übersteigen, haben sich die LHC-Experimente
das Grid Computing zu eigen gemacht. Durch die Nutzung einer hierarchischen
Gliederung werden verschiedene Aufgaben weltweit an Computingzentren verteilt;
dennoch wird dem Benutzer ein einfachen Zugriff auf alle Ressourcen
gewährt.
Die
Machbarkeitsstudie der W-Boson-Massenmessung, die in dieser Arbeit vorgelegt wird,
benötigt die Simulation einer grosen Anzahl von Proton-Proton-Kollisionen; hierbei
übersteigen die Computinganforderungen der Simulation die lokalen Resourcen. Daher
beruht die Analyse auf der Nutzung der Computingresourcen im Grid. In diesem
Zusammenhang wurde der lokale Computingcluster ins Grid integriert und administriert.
Die LHC-Experimente
werden eine weit höhere Anzahl von W-Boson- und Z-Boson-Ereignissen aufzeichnen
als die bisherigen Experimente. Neue Methoden, die diese höhere Statistik
nutzen, können zur W-Boson-Massenmessung verwendet werden. Zwei dieser Methoden
sind die ’Skalierungsmethode’ und die
’Morphingmethode’. Die Skalierungsmethode vergleicht Verteilungen
von Observablen aus W-Boson- und Z-Boson-Ereignissen, während die
Morphingmethode eine analytische Transformation von Z-Boson-Ereignissen für die
Modellierung von W-Boson-Ereignissen nutzt. Beide Methoden werden in dieser
Arbeit auf ihre statistische Auflösung und ihre systematische Unsicherheit
durch Effekte des CMS-Detektors in der Anfangsphase untersucht und verglichen.
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