Assembly 2005
Ya finaliza la edición 2005 de
assembly. Este año la
party mas importante de la escena tuvo una excelente presentación de compos, demos, intros y demas. Pese a ser otro año que me pierdo la
party gracias a las maravillas del streaming he podido seguirla muy de cerca(
link).
Assembly 2005 ha sido sustancialmente distinto del 2004 y otras versiones. No solo presento un numero mayor de demos sino que ha mezclado muchas cosas propias de la
escena con elementos de concierto de rock. Por ejemplo la competencia de tatuajes de ASUS y la novedosa secció
Everything to assemblize your mobile.
Que mas tiene de especial esta edición de Assembly? En esta ocasion tambien fue escenario para que se encontraran los gamers de la WCG compitiendo en Counter Strike y Warcraft III.
Tambien fue sorprendente no ver a Sun y la poca participacion de Nokia dentro de los patrocinadores, HP fue otro gran ausente, algo tambien sorprendente fue encontrar a Microsoft quien hace 10 años no daba un peso por los compos. Dentro de los patrocinadores tambien esta: AMD, SONY, EASports y ATI.
La
oldskool(a la que yo pertenezco) presento trabajos excelentes; me encanta ver cosas corriendo en commodore o un Amiga 500. Como siempre una nostalgia enorme y una admiracion por esta muestra de "
high performance".
Los demos de 64k y de 4k estuvieron espectaculares, propios del nivel de assembly. Los demos con lo ultimo en tecnologia me recordaron cuando empezaron a salir los primeros demos con raytracing en el 96': nadie sabe como lo hacen solo que se ven muy bien.
Para hoy espero la ceremonia de premiacion y sintonizar AssemblyTV para ver toda la competencia. Assembly 2005 ha sido de lejos una de las mejores
parties, ha introducido fuertes cambios en la formulación del evento y presento avances significativos en los demos de ultima generación.
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John Ellis de Cern @ UNAL Colombia
Hoy estuve en una charla del Fisico de Particulas John Ellis presentada en el marco del
primer encuentro de grupos de fisica de altas energias del pais. Me sorprendio mucho verlo hablar con tanta claridad en espannol y mas aun el atuendo que llevaba. Es un viejito 'simpaticon' (casado con una Caleña) de barba blanca y pelo largo tambien blanco. Vestia con ropa bastante vieja: una camiseta que decia CERN mostrando la reconstruccion de un evento, una camisa de manga larga cubriendola a manera de chaqueta y un pantalon de drill. Algo mas o menos como se ve en la foto.
Tambien estaban los directores de los grupos de investigacion: William Ponce de la U. de Antioquia, Roberto Martinez y Rafael Hurtado de la U. Nacional, Marta Lozada de la U. Antonio Narinno y Bernardo Gomez de la U. de los Andes. Todos hicieron preguntas a las que J. Ellis respondio con sonrisas y de una manera que nunca antes habia visto. Luego expusieron ellos, bueno no tan bien como Ellis pero se hizo el intento. Ademas estuvieron poco divulgativos y mas centrados en mostrar sus publicaciones y hacer las cosas muy tecnicas, mas como una clase.
Bernardo Gomez inicio su exposicion con algo que nunca me hubiera esperado:
la Universidad de los Andes es una universidad pobre. Las matriculas de la universidad no alcanzan para cubrir la investigacion. De inmediato entendi su punto, ellos (los Andes) a pesar de no ser competitivos con las universidades publicas en lo que a presupuesto en investigacion se refiere, obtienen buenos resultados, en particular en fisica experimental de altas energias.
Sobre John Ellis debo decir que es de esas personas que 'emanan' conocimiento, frente a el uno recuerda que existen personas a las que el universo simplemente se les revela. Me sorprendio el manejo que tenia de tantos temas: Supersimetrias, QCD, Extra-dimentions, dark matter/energy entre otros. Tambien me sorprendio la sencillez con la que dio su exposicion y me refiero a la forma tan clara que explicaba, uno creia entenderle todo. Me gusto como vinculo cosmologia, astrofisica y fisica de particulas de una manera tan natural.
Tambien me sorprendio el manejo que tiene no solo en el campo de la ciencia sino en el ambito politico. Nos explico como habia conseguido recursos en el Reino Unido para CERN y como superaron la crisis de recursos con ese mismo pais. Tambien nos ensenno la exposicion con la que habian 'convencido' a los politicos de asignar recursos para el proyecto.
Fue una charla de 2 horas pero siento que aprendi tanto como nunca lo habia hecho en 2 horas. Y no detalles de fisica, no detalles minuciosos, entendi muchas cosas de la esencia cientifica y de la motivacion que nos lleva a estudiar el universo. Es una persona muy motivante. Leyendo su blog uno se da cuenta de la clase de persona que es. Recomendado
fuertemente:
John Ellis.
Por otro lado, me senti bastante emocionado cuando hablo de la fisica en ATLAS y mostro varios resultados que yo obtuve en mi tesis. Por fin pude ver con claridad el alcance de mi trabajo y sentirme bien con el. Claro, mis resultados ya estaban validados por varios reportes de Benneke et al., pero igual es bueno verlos expuestos por una persona de esta talla.
En conclusion, una persona que sabe mucha fisica, que entiende no solo los procesos del universo sino que tambien los procesos sociales (lo que tambien espero entender algun dia). Un excelente modelo de cientifico.
Aqui hay otro articulo de John:
link.
Todas las publicaciones de John:
link.
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Producción y detección de quarks top en ATLAS (LHC)
Introducción
A lo largo del tiempo se han propuesto diversos modelos que tratan de describir los bloques fundamentales de nuestro universo. Los griegos, por ejemplo, creian que los 4 elementos fundamentales eran: agua, tierra, fuego y aire. Muchos annos despues se introdujeron otros modelos pero ninguno parecia describir con suficiente precision los fenomenos fundamentales. Mas tarde vino la teoria atomica y se introdujo la tabla de elementos que supuestamente contendria los bloques fundamentales. Poco despues se descubrio que estos bloques, llamados atomos, tenian estructura y se
descubrieron los entonces constituyentes elementales: electrones, neutrones y protones. Con experimentos cada vez mas sofisticados pronto nos dimos cuenta que los constituyentes del nucleo atomico (neutrones y protones tambien conocidos como nucleones y hadrones), tambien tenian estructura.
Los experimentos consisten en colisiones a altas energias y existen de varios tipos: lepton-lepton, lepton-hadron y hadron-hadron. Se utilizan altas energias para inducir a colisiones inelasticas produciendo un rompimiento de las particulas que poseen estructura. Los primeros experimentos fueron llevados a cabo por E. Rutherford y la idea aun sigue siendo la misma a atraves de los annos.
El modelo actual de las interacciones fundamentales del universo propone los constituyentes aparentemente
elementales de nuestro universo y unas cuantas fuerzas fundamentales. Los consituyentes siendo los
quarks puntuales:
up y down
charm y strange
top y bottom
y los leptones
electron y neutrino electronico
taon y neutrino taonico
muon y neutrino muonico
Estos constituyentes elementales interactuan a traves de 4 interacciones: fuerte, debil, electromagnetica y gravitacional. Debido a la poca fuerza de la interaccion gravitacional comparada con las demas, esta no suele considerarse en muchos calculos. Las interacciones debil y electromagnetica han sido unificadas dentro de una sola teoria que se conoce como la interaccion electrodebil.
Las interacciones tambien llevan asociadas particulas como el foton, bosones y gluones. Estas particulas son los mediadores en todas las interacciones que se dan entre las particulas fundamentales. Por ejemplo es bien conocido que el foton es el mediador para la interaccion electormagnetica.
El modelo que describe las interacciones fundamentales se conoce con el nombre de modelo estandar. La cromodinamica cuantica es una parte de este que introducire en el siguiente apartado.
Cromodinamica cuantica
La interacció fuerte describe las interacciones de los quarks cuando estan acoplados formando un nucleon, las particulas que median en esta interaccion se conocen como gluones. La cromodinamica cuantica (QCD) es la teoria universalmente aceptada para describir la interaccion fuerte. Sin embargo lo unico que fundamenta la QCD como una teoria fisica verdadera, son los resultados de la QCD perturbativa (pQCD). Sus predicciones coinciden con datos experimentales de una variedad de instalaciones experimentales, con informacion acumulada durante los ultimos 30 annos, cubriendo numerosos procesos fisicos en colisiones lepton-lepton, lepton-hadron y hadron-hadron.
El exito de QCD al describir las interacciones fuertes puede resumirse en: la libertad asintotica y el confinamiento. El espectro de hadrones esta muy bien descrito por el modelo de quarks, pero estos nunca han sido vistos aislados. Cualquier esfuerzo para producir quarks en experimentos de dispersion lleva unicamente a la produccion de los ya conocidos: mesones y baryones. Evidentemente la fuerza de interaccion entre quarks es fuerte, paradojicamente su interaccion esta bien descrita por un modelo en el cual los quarks no interactuan de ninguna manera, este es el modelo partonico. La libertad asintotica se refiere a la poca fuerza de la interaccion a cortas distancias, mientras que el confinamiento da cuenta de su fuerza a grandes distancias.
QCD posee la habilidad de acomodar ambos tipos de comportamiento. Esto se consigue al hacer la fuerza entre quarks una funcion compleja de la distancia. Cualitativamente, cuando dos quarks se acercan la fuerza es relativamente debil (libertad asintotica), pero cuando se alejan la fuerza se hace mucho mas grande (confinamiento). A alguna distancia, se hace mas facil crear nuevos quarks y antiquarks, que se combinan para formar hadrones que para seguir 'jalando' en contra de la fuerza creciente.
Evidencia experimental de quarks y gluones
La idea de los quarks asi como lo que los mantiene unidos (gluones), se origina de la espectroscopia hadronica. Dado que los quarks y gluones nunca han sido vistos en el mundo experimental, la primera pregunta que surge, independientemente de cualquier teoria, es: como sabemos que realmente existen?. La respuesta a este interrogante es sorprendentemente simpe: aunque no hemos visto un quark o un gluon aislado (presuntamente porque se encuentran confinados, pero esto debe aun ser convincentemente probado), su presencia es rutinaria e inequivocamente revelada en interacciones de alta energia a traves de jets. Adicionalmente su acople a bosones electrodebiles W y Z ha sido medido y coincide con los obtenidos en el modelo estandar.
En la figura se puede ver un evento de 3 jets, dos producidos por quarks y el tercero por radiacion gluonica. Si el evento no fuera originado por un quark o un gluon se verian lineas rectas en el detector y no la lluvia de particulas que se aprecia en la figura.
Colisiones inelasticas de particulas fundamentales
Dentro del modelo partonico las colisiones pueden ser vistas de una manera relativamente sencilla. Veamos el caso de una colision lepton-hadron. En la figura se muestra una imagen esquematica del proceso. En la primera parte se muestra el sistema antes de la dispersion, tal como es visto desde el centro de masa. El hadron, T0, tal que el nucleon esta constituido primariamente de estados virtuales con tiempo de vida no nulo en su propio marco de referencia.
En el sistema centro de masa, el nucleon sufre de una contraccion de Lorentz y una dilatacion temporal. Esto quiere decir que el tiempo que toma al electron cruzar el nucleon se hace cero mientras la energia del centro de masa tiende a infinito. Por tanto, en el momento de la colision, el electron observa una coleccion de partones que estan efectivamente congelados durante su paso (parte b de la figura). Para s un momentum grande con alguno de los partones, por el principio de incertidumbre, el electron debe acercase a este como O(1/Q) en la direccion transversal. Los detalles del intercambio dependen de la interaccion electron-parton. Aun mas importante, si suponemos que los partones estan mas o menos aleatoriamente distribuidos sobre el disco, la probabilidad de encontrar un parton adicional lo suficientemente cerca para tomar parte en la dispersion se suprime por un factor geometrico.
Despues de la colision cualquier cosa puede pasar, mientras el electron dispersado retrocede, los fragmentos del nucleon interactuan, creando pares de quark y eventualmente respetando el confinamiento. Todo esto supone ocurre en escalas de tiempo que son mayores comparadas con la escala de tiempo de la colision del electron con el nucleon. El proceso de hadronizacion, por el cual quarks y gluones se unen en las particulas observadas, ocurre demasiado tarde para influenciar la dispersion minima. Esta suposicion es la base de la idea de tratar la dispersion parton-electron en la aproximacion elastica de Born.
Detectores de altas energias
Cuando los rayos colisionan en un acelerador se inicia toda la fisica descrita en los capitulos anteriores. La forma de los detectores depende del tipo de acelerador. En los anillos de almacenamiento donde el marco de referencia del laboratorio coincide con el marco del centro de masa para la interaccion, las particulas salientes de la interaccion se encuentras distribuidas casi isotropicamente alrededor del punto de la colision. Los detectores tratan de rodear tanto como se pueda del angulo solido alrededor del punto de la interaccion, tipicamente son simetricos hacia adelanta, atras y azimutalmente para reflejar la produccion simetrica y cubrir por encima del 90% x 4pi del angulo solido. En la figura se puede ver el detector ATLAS
No es posible describir un detector generico, cada detector esta individualmente disennado para cada experimento. Sin embargo existe un conjunto de bloques constituyentes que aunque las tecnicas y la ejecucion en diferentes experimentos varia ampliamente tienden a ser comunes en la mayoria de detectores. Los componentes basicos de todos los detectores son:
Detector interno Suele encontrarse en este los trazadores de particulas. Que sirve para determinar el momentum, carga y vertices de particulas cargadas.
Calorimetro electromagnetico. Identifica leptones y fotones ademas mide su energia y direccion.
Calorimetro hadronicos Se usa para identificar la energia de jets hadronicos.
Idealmente una serie de sennales unicas pueden ser identificadas. En la practica existira sobreposicion sobre las categorias y varias separaciones a las mediciones deben ser aplicadas dejando finalmente un ruido de fondo irreducible. Las particulas se identificaran de la siguiente manera:
Electrones dejan trazos en el trazador interno y showers completamente contenidos en la seccion electromagnetica del calorimetro.
Fotones no dejan trazos y sus showers estan contenidos completamente en el calorimetro electromagnetico
Hadrones cargados dejan trazos y shower tanto en el calorimetro electromagnetico como en el hadronico, no dejan rastro en las camaras muonicas.
Muones dejan trazos y una pequenna ionizacion en los calorimetros, dejan rastro en las camaras muonicas.
El detector ATLAS ha sido optimizado para el descubrimiento de nueva fisica tales como bosones de Higgs y particulas supersimetricas, manteniendo la capacidad para mediciones e alta precision de objetos conocidos como quarks pesados y bosones gauge.
El quark top en LHC
Las unicas instalaciones donde las particulas tan masivas como el quark top pueden ser producidas a tasas razonables y estudiadas efectivamente son los colisionadores simetricos de altas energias. A la fecha, solo el Tevatron de Fermilab tiene suficiente energia para producir quarks top.
En los colisionadores de hadrones son posibles dos mecanismos de produccion de top: pares de quark top via interaccion fuerte y produccion de top sencillos por interaccion electrodebil. Dentro del modelo estandar, los pares de top - antitop son producidos via aniquilacion de quark-antiquark y fusion de gluones. En LHC a una luminosidad de 1.0x10E34 cm-2s-1 se obtiene una produccion de 8 millones de eventos por anno. Ademas el proceso gg -> ttbar domina la tasa de produccion con un 90%.
Decaimientos y deteccion del quark top
El decaimiento de top abarca todo el espectro de quarks y leptones. Dentro del modelo estandar, el quark top decae casi exclusivamente en Wb. Y el boson W decae casi instantaneamente bien sea leptonicamente en un par lepton-neutrino o hadronicamente en un par quark-antiquark como se puede ver en la figura.
La siguiente imagen fue construida utilizando como sennal el programa Pythia y un detector de ATLAS construido en Geant4 (cortesia del Grupo Teorico de Fisica de Altas Energias de la Universidad Nacional de Colombia). La imagen representa un corte transversal tal y como se veria en ATLAS para un evento top con dos canales de jets.
Obsevando cuidadosamente la imagen anterior es facil darse cuenta que el quark top como tal no es visible como una particula aislada, en lugar de esto se detectan una lluvia de particulas que deben ser analizadas para poder concluir que un quark top paso por alli. Sumando sobre todas las posibles particulas de la lluvia anterior es posible obtener valores para la masa, el espin y la carga del quark top utilizando las leyes de conservacion. Pero como en un acelerador de la vida real los eventos de top no son los unicos que se producen (solo son una parte de todas los eventos producidos), se hace necesario introducir filtros y cortes para discriminar cuales eventos son de top. Los eventos top se caracterizan por la presencia del quark b y dependiendo de l canal (semileptonico o hadronico) la presencia de un lepton o un neutrino, o de un conjunto de jets de cierta energia.
Una vez se selecciona un evento 'interesante' se puede reconstruir la masa del top sumando la masa de todas las particulas de la 'lluvia'. Es importante tener en cuenta que debido a que la mayor parte de eventos top estan dentro del modelo estandar, se producen de a pares top-anti top, de esta forma uno debe diferenciar cual lluvia corresponde a cual top inicial. Este problema no es trivial y provoca todo tipo de errores en las mediciones.
En este caso reconstruimos la masa del top tomando dos jets de cierta energia y tratando de identificar el quark b que hacia par con estos, asi obtenemos una masa del top Mt=174GeV con una ventana de 20GeV que concuerda muy bien con la masa predicha por el modelo. Esta masa la reconstruimos de una muestra de 100000 eventos top.
Como se puede ver en la figura muchos eventos reconstruidos estan por fuera de la ventana lo que muestra los problemas de aparear correctamente el quark b y los problemas de identificar un evento. Tambien en la figura se puede ver la reconstruccion de la masa del boson W que como se vio antes es parte fundamental en el decaimiento del quark top.
Fisica de Altas Energias
En la naturaleza existen cuatro interacciones a saber: gravitacional, fuerte, debil y electromagnetica. Tambien las particulas elementas son: los quarks, leptones y neutrinos. Existen tambien particulas encargadas de mediar en las interacciones y pueden ser: fotones, gluones o bosones.
El quark top es el mas masivo de las particulas fundamentales, su masa Mt=174GeV es similar a la de un atomo de oro completo. Al ser tan masivo su tiempo de vida media es muy corto tanto que no alcanza a hadronizarse decayendo exclusivamente en particulas elementales.
Los aceleradores de particulas del futuro trabajan a altas energias en las que 'la produccion de particulas del vacio' ocurre constantemente sin embargo no se viola ninguna ley de conservacion para la masa, la carga o el espin.
Aun cuando el quark top y esta fisica parace ser exotica existen modelos mas exoticos como dimensiones extra y supersimetrias. LHC se encuentra optimizado para buscar -si existen- pruebas que el universo podria verse de esta forma.
Referencias
[1] Atlfast++ the atlas fast simulation program, http://root.cern.ch/root/atlfast.html.
[2] Root data analysis framework, http://root.cern.ch/.
[3] T. Affolder et al., First measurement of the ratio b(t –¿w b)/b(t –¿w q) and associated limit on the ckm element —v(tb)—, Phys. Rev. Lett., 86 (2001), pp. 3233–3238, hep-ex/0012029.
[4] V. Barger and R. Phillips, Collider Physics (Frontiers in Physics, 71), Westview Press, 1996.
[5] W. Beenakker, W. L. van Neerven, R. Meng, G. A. Schuler, and J. Smith, Qcd corrections to heavy quark production in hadron hadron collisions, Nucl. Phys., B351 (1991), pp. 507–560.
[6] M. Beneke et al., Top quark physics, (2000), hepph/0003033.
[7] S. Dawson, The top quark, qcd, and new physics, (2003), hep-ph/0303191.
[8] S. Eidelman et al., Review of particle physics, Phys. Lett., B592 (2004), p. 1.
[9] R. K. Ellis, Qcd at tasi ’94. Presented at TASI ’94, Boulder, Colo, May 29 - Jun 24, 1994.
[10] R. D. Field, Applications of perturbative qcd. Redwood City, USA: Addison-Wesley (1989) 366 p. (Frontiers in physics, 77).
[11] A. D. Martin, R. G. Roberts, W. J. Stirling, and R. S. Thorne, Parton distributions and the lhc: W and z production, Eur. Phys. J., C14 (2000), pp. 133–145, hepph/9907231.
[12] S. Mrenna, Basics of event generators. CTEQ Summer School on QCD, Madison, Wisconsin, 22 - 30 June 2004.
[13] P.˜Nason, S. Dawson, and R. K. Ellis, The total crosssection for the production of heavy quarks in hadronic collisions, Nucl. Phys., B303 (1988), p. 607.
[14] T. Sjostrand, L. Lonnblad, S. Mrenna, and P. Skands, Pythia 6.3 physics and manual, (2003), hepph/ 0308153.
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Que mas tiene de especial esta edición de Assembly? En esta ocasion tambien fue escenario para que se encontraran los gamers de la WCG compitiendo en Counter Strike y Warcraft III. 
