CMS physics technical design report, volume II: Physics performance

CMS is a general purpose experiment, designed to study the physics of pp collisions at 14 TeV at the Large Hadron Collider ( LHC). It currently involves more than 2000 physicists from more than 150 institutes and 37 countries. The LHC will provide extraordinary opportunities for particle physics based on its unprecedented collision energy and luminosity when it begins operation in 2007. The principal aim of this report is to present the strategy of CMS to explore the rich physics programme offered by the LHC. This volume demonstrates the physics capability of the CMS experiment. The prime goals of CMS are to explore physics at the TeV scale and to study the mechanism of electroweak symmetry breaking - through the discovery of the Higgs particle or otherwise. To carry out this task, CMS must be prepared to search for new particles, such as the Higgs boson or supersymmetric partners of the Standard Model particles, from the start- up of the LHC since new physics at the TeV scale may manifest itself with modest data samples of the order of a few fb(-1) or less. The analysis tools that have been developed are applied to study in great detail and with all the methodology of performing an analysis on CMS data specific benchmark processes upon which to gauge the performance of CMS. These processes cover several Higgs boson decay channels, the production and decay of new particles such as Z' and supersymmetric particles, B-s production and processes in heavy ion collisions. The simulation of these benchmark processes includes subtle effects such as possible detector miscalibration and misalignment. Besides these benchmark processes, the physics reach of CMS is studied for a large number of signatures arising in the Standard Model and also in theories beyond the Standard Model for integrated luminosities ranging from 1 fb(-1) to 30 fb(-1). The Standard Model processes include QCD, B-physics, diffraction, detailed studies of the top quark properties, and electroweak physics topics such as the W and Z(0) boson properties. The production and decay of the Higgs particle is studied for many observable decays, and the precision with which the Higgs boson properties can be derived is determined. About ten different supersymmetry benchmark points are analysed using full simulation. The CMS discovery reach is evaluated in the SUSY parameter space covering a large variety of decay signatures. Furthermore, the discovery reach for a plethora of alternative models for new physics is explored, notably extra dimensions, new vector boson high mass states, little Higgs models, technicolour and others. Methods to discriminate between models have been investigated. This report is organized as follows. Chapter 1, the Introduction, describes the context of this document. Chapters 2-6 describe examples of full analyses, with photons, electrons, muons, jets, missing E-T, B-mesons and tau's, and for quarkonia in heavy ion collisions. Chapters 7-15 describe the physics reach for Standard Model processes, Higgs discovery and searches for new physics beyond the Standard Model.

Commissioning and performance of the CMS silicon strip tracker with cosmic ray muons

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The CMS experiment at the CERN LHC

The Compact Muon Solenoid (CMS) detector is described. The detector operates at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It was conceived to study proton-proton (and lead-lead) collisions at a centre-of-mass energy of 14 TeV (5.5 TeV nucleon-nucleon) and at luminosities up to 10(34)cm(-2)s(-1) (10(27)cm(-2)s(-1)). At the core of the CMS detector sits a high-magnetic-field and large-bore superconducting solenoid surrounding an all-silicon pixel and strip tracker, a lead-tungstate scintillating-crystals electromagnetic calorimeter, and a brass-scintillator sampling hadron calorimeter. The iron yoke of the flux-return is instrumented with four stations of muon detectors covering most of the 4 pi solid angle. Forward sampling calorimeters extend the pseudo-rapidity coverage to high values (vertical bar eta vertical bar <= 5) assuring very good hermeticity. The overall dimensions of the CMS detector are a length of 21.6 m, a diameter of 14.6 m and a total weight of 12500 t.

Determinação da velocidade de condução nervosa motora dos nervos radial e ulnar de cães clinicamente sadios

O presente trabalho teve como objetivo a padronização dos valores de referência de velocidade de condução nervosa motora dos nervos radial e ulnar em cães clinicamente sadios. Para tanto, foram utilizados 30 cães, 11 machos e 19 fêmeas, sem raça definida, com idade entre dois e seis anos. Os valores médios das medidas do potencial muscular produzidos por meio de estimulação proximal e distal do nervo radial foram, respectivamente: latência inicial, 2,46+0,72ms e 1,58+0,62ms, amplitude de pico a pico, 8,79+2,26mV e 9,52+2,42mV e duração, 2,85+0,76ms e 2,71+0,75ms. Os respectivos valores do nervo ulnar foram: latência inicial, 4,17+0,53ms e 2,67+0,38ms; amplitude de pico a pico, 10,72+2,60mV e 11,72+2,81mV e duração, 2,23+0,38ms e 2,04+0,35ms. Os valores médios das medidas de velocidade de condução nervosa motora dos nervos radial e ulnar foram, respectivamente, 66,18+7,26m/s e 60,50+7,86m/s.

Padronização da determinação da velocidade de condução nervosa sensitiva dos nervos tibial e peroneal de cães clinicamente sadios, pela utilização de eletrodos de superfície

O presente trabalho teve como objetivo a padronização dos valores de referência de velocidade de condução nervosa sensitiva dos nervos tibial e peroneal em cães clinicamente sadios, pela utilização de eletrodos de superfície. em todos os sítios de estimulação, captação, referência e terra foram utilizados eletrodos do tipo jacaré, exceto na captação do estímulo no nervo peroneal, próximo à articulação fêmur-tibial, onde o registro só foi possível com a utilização de eletrodo de agulha. Foram utilizados 30 cães, 11 machos e 19 fêmeas, sem raça definida, com idade entre dois e seis anos. Os valores médios das medidas dos potenciais evocados pela estimulação sensitiva dos nervos tibial e peroneal foram: latência inicial, 1,82±0,30ms (1,30 a 2,55ms) e 1,57±0,29ms (1,01 a 2,16ms), amplitude de pico a pico, 96,48±45,78miV (41,6 a 214miV) e 121,25±57,49miV (54,8 a 299miV) e duração, 1,97±0,69ms (1,01 a 3,56ms) e 2,37±0,85ms (1,11 a 3,94ms), respectivamente. Os valores médios das medidas de velocidade de condução nervosa sensitiva dos nervos tibial e peroneal foram, respectivamente, 62,14+7,71ms (50,0 a 77,2ms) e 65,18+6,42ms (53,8 a 79,2ms), respectivamente.

Reajustando o limite de tolerância biológica aplicado à plumbemia no Brasil

Foram alocados aleatoriamente vinte trabalhadores expostos ocupacionalmente ao chumbo em uma indústria de acumuladores elétricos de médio porte, no interior do Estado de São Paulo, os quais apresentavam plumbemia e excreção urinária do ácido delta-aminolevulínico, nos últimos dois anos, sempre menores que 60 µg/dL e 10 mg/L, respectivamente. Os trabalhadores foram submetidos a eletroneurografia do nervo radial direito e a dosagem de plumbemia. Com estas medidas ajustou-se um modelo de regressão linear simples de primeira ordem, tendo como variável dependente a velocidade de condução e como variável independente a plumbemia. Analisando-se a regressão ajustada, infere-se que o valor preditivo negativo do limite de tolerância biológica brasileiro aplicado à plumbemia seja de apenas 0,63. O estudo sugere que o valor do referido limite de tolerância deva ser reduzido do atual valor de 60 µg/dL para 32 µg/dL, para ter um valor preditivo negativo de 0,99.

Bloqueio seletivo dos nervos supraescapular e axilar promove analgesia satisfatória e menor grau de bloqueio motor: comparação com o bloqueio interescalênico

JUSTIFICATIVA E OBJETIVO: Cirurgias artroscópicas do ombro cursam com intensa dor pós-operatória. Diversas técnicas analgésicas têm sido preconizadas. O objetivo deste estudo foi comparar o bloqueio dos nervos supraescapular e axilar nas cirurgias artroscópicas de ombro com a abordagem interescalênica do plexo braquial. MÉTODO: Sessenta e oito pacientes foram alocados em dois grupos de 34, de acordo com a técnica utilizada: grupo interescalênico (GI) e grupo seletivo (GS), sendo ambas as abordagens realizadas com neuroestimulador. No GI, após resposta motora adequada foram injetados 30 mL de levopubivacaína em excesso enantiomérico de 50% a 0,33% com adrenalina 1:200.000. No GS, após resposta motora do nervo supraescapular e axilar, foram injetados 15 mL da mesma substância em cada nervo. em seguida, realizada anestesia geral. Variáveis avaliadas: tempo para realização dos bloqueios, analgesia, consumo de opioide, bloqueio motor, estabilidade cardiocirculatória, satisfação e aceitabilidade pelo paciente. RESULTADOS: Tempo para execução do bloqueio interescalênico foi significativamente menor que para realização do bloqueio seletivo. Analgesia foi significativamente maior no pós-operatório imediato no GI e no pós-operatório tardio no GS. Consumo de morfina foi significativamente maior na primeira hora no GS. Bloqueio motor foi significativamente menor no GS. Estabilidade cardiocirculatória, satisfação e aceitabilidade da técnica pelo paciente não diferiram entre os grupos. Ocorreu uma falha no GI e duas no GS. CONCLUSÕES: Ambas as técnicas são seguras, eficazes com mesmo grau de satisfação e aceitabilidade. O bloqueio seletivo de ambos os nervos apresentou analgesia satisfatória, com a vantagem de proporcionar bloqueio motor restrito ao ombro.

End-to-side neurorrhaphy with and without perineurium

OBJETIVOS: Comparar a neurorrafia término-lateral com epineuro versus sem epineuro. DESENHO: Foram operados 20 ratos. O nervo fibular foi seccionado e seu coto distal suturado na face lateral do nervo tibial. do lado direito nós removemos janela de epineuro e no lado esquerdo o epineuro foi deixado intacto. Depois de seis meses, os 14 animais sobreviventes foram submetidos a testes eletrofisiológicos, sacrificados e os nervos e músculos removidos para exames histológicos. O teste eletrofisiológico foi realizado mediante estímulo elétrico fornecido por um neuro-estimulador (LHM-110) com 2 milisegundos de duração, num modo repetido e 30 Hz. O estímulo foi aumentado progressivamente partindo de zero até atingir 1 volt. LOCAL: Faculdade de Medicina de Botucatu. RESULTADOS: No lado direito, os músculos que tiveram resposta positiva necessitaram uma média de 258,89 mv (±92,31) de estímulo elétrico para apresentar uma resposta e no lado esquerdo uma média de 298,34 mV (±139,32). O músculo tibial cranial apresentou peso médio para o lado direito de 0,47 g (±0,18) e para o lado esquerdo de 0,45 g (±0,15). O coto distal do nervo fibular apresentou uma média 310 fibras nervosas (±191,34) para o lado direito e 287,71 (±183,60) para o lado esquerdo. O nervo tibial acima da neurorrafia mostrou médias de 939,46 (±223,51) fibras nervosas para o lado direito e 959,46 (±327,48) para o lado esquerdo. O nervo tibial abaixo da neurorrafia mostrou médias de 935,17 (±298,65) fibras nervosas para o lado direito e 755,31 (±323,26) para o lado esquerdo. As fibras do músculo tibial cranial do lado direito apresentaram uma área média de 0,0162 (±0,008) m2 depois de 230 vezes de magnificação e 0,0152 (±0,0064) para as fibras do músculo tibial cranial do lado esquerdo. O aspecto histológico do músculo tibial cranial, tomando-se o normal como 100% foi de 78,21 (±20,75) para o lado direito e 82,14 (±15,89) para o lado esquerdo. A análise estatística (testetde Student) não mostrou diferenças (p>0,05) entre os lados esquerdo e direito para todas as variáveis. CONCLUSÕES: Ambas as neurorrafias (com e sem epineuro) não mostraram diferenças relacionadas aos aspectos morfológicos e eletrofisiológicos estudados.

Measurement of the muon stopping power in lead tungstate

A large sample of cosmic ray events collected by the CMS detector is exploited to measure the specific energy loss of muons in the lead tungstate (PbWO4) of the electromagnetic calorimeter. The measurement spans a momentum range from 5 GeV/c to 1 TeV/c. The results are consistent with the expectations over the entire range. The calorimeter energy scale, set with 120 GeV/c electrons, is validated down to the sub-GeV region using energy deposits, of order 100 MeV, associated with low-momentum muons. The muon critical energy in PbWO4 is measured to be 160+5 -68 GeV, in agreement with expectations. This is the first experimental determination of muon critical energy. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.

Commissioning of the CMS experiment and the cosmic run at four tesla

The CMS Collaboration conducted a month-long data-taking exercise known as the Cosmic Run At Four Tesla in late 2008 in order to complete the commissioning of the experiment for extended operation. The operational lessons resulting from this exercise were addressed in the subsequent shutdown to better prepare CMS for LHC beams in 2009. The cosmic data collected have been invaluable to study the performance of the detectors, to commission the alignment and calibration techniques, and to make several cosmic ray measurements. The experimental setup, conditions, and principal achievements from this data-taking exercise are described along with a review of the preceding integration activities. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.

Performance of the CMS Level-1 trigger during commissioning with cosmic ray muons and LHC beams

The CMS Level-1 trigger was used to select cosmic ray muons and LHC beam events during data-taking runs in 2008, and to estimate the level of detector noise. This paper describes the trigger components used, the algorithms that were executed, and the trigger synchronisation. Using data from extended cosmic ray runs, the muon, electron/photon, and jet triggers have been validated, and their performance evaluated. Efficiencies were found to be high, resolutions were found to be good, and rates as expected. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.

Performance of the CMS drift-tube chamber local trigger with cosmic rays

The performance of the Local Trigger based on the drift-tube system of the CMS experiment has been studied using muons from cosmic ray events collected during the commissioning of the detector in 2008. The properties of the system are extensively tested and compared with the simulation. The effect of the random arrival time of the cosmic rays on the trigger performance is reported, and the results are compared with the design expectations for proton-proton collisions and with previous measurements obtained with muon beams. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.

Fine synchronization of the CMS muon drift-tube local trigger using cosmic rays

The CMS experiment uses self-triggering arrays of drift tubes in the barrel muon trigger to perform the identification of the correct bunch crossing. The identification is unique only if the trigger chain is correctly synchronized. In this paper, the synchronization performed during an extended cosmic ray run is described and the results are reported. The random arrival time of cosmic ray muons allowed several synchronization aspects to be studied and a simple method for the fine synchronization of the Drift Tube Local Trigger at LHC to be developed. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.

Commissioning of the CMS High-Level Trigger with cosmic rays

The CMS High-Level Trigger (HLT) is responsible for ensuring that data samples with potentially interesting events are recorded with high efficiency and good quality. This paper gives an overview of the HLT and focuses on its commissioning using cosmic rays. The selection of triggers that were deployed is presented and the online grouping of triggered events into streams and primary datasets is discussed. Tools for online and offline data quality monitoring for the HLT are described, and the operational performance of the muon HLT algorithms is reviewed. The average time taken for the HLT selection and its dependence on detector and operating conditions are presented. The HLT performed reliably and helped provide a large dataset. This dataset has proven to be invaluable for understanding the performance of the trigger and the CMS experiment as a whole. © 2010 IOP Publishing Ltd and SISSA.