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.

Eco-car : a perfect vehicle for technical design teaching?

Design methods and tools are generally best learned and developed experientially [1]. Finding appropriate vehicles for delivering these to students is becoming increasingly challenging, especially when considering only those that will enthuse, intrigue and inspire. This paper traces the development of different eco-car design and build projects which competed in the Shell Eco-Marathon. The cars provided opportunities for experiential learning through a formal learning cycle of CDIO (Conceive, Design, Implement, Operate) or the more traditional understand, explore, create, validate, with both teams developing a functional finished prototype. Lessons learned were applied through the design of a third and fourth eco-car using experimental techniques with bio-composites, combining the knowledge of fibre reinforced composite materials and adhesives with the plywood construction techniques of the two teams. The paper discusses the importance of applying materials and techniques to a real world problem. It will also explore how eco-car and comparing traditional materials and construction techniques with high tech composite materials is an ideal teaching, learning and assessment vehicle for technical design techniques.

B2B Integration in Global Supply Chains: An Identification of Technical Integration Scenarios

The competitiveness of businesses is increasingly dependent on their electronic networks with customers, suppliers, and partners. While the strategic and operational impact of external integration and IOS adoption has been extensively studied, much less attention has been paid to the organizational and technical design of electronic relationships. The objective of our longitudinal research project is the development of a framework for understanding and explaining B2B integration. Drawing on existing literature and empirical cases we present a reference model (a classification scheme for B2B Integration). The reference model comprises technical, organizational, and institutional levels to reflect the multiple facets of B2B integration. In this paper we onvestigate the current state of electronic collaboration in global supply chains focussing on the technical view. Using an indepth case analysis we identify five integration scenarios. In the subsequent confirmatory phase of the research we analyse 112 real-world company cases to validate these five integration scenarios. Our research advances and deepens existing studies by developing a B2B reference model, which reflects the current state of practice and is independent of specific implementation technologies. In the next stage of the research the emerging reference model will be extended to create an assessment model for analysing the maturity level of a given company in a specific supply chain.

Bridging technical and HCI research: Creating usable ubiquitous computing

This paper describes methods used to support collaboration and communication between practitioners, designers and engineers when designing ubiquitous computing systems. We tested methods such as “Wizard of Oz” and design games in a real domain, the dental surgery, in an attempt to create a system that is: affordable; minimally disruptive of the natural flow of work; and improves human-computer interaction. In doing so we found that such activities allowed the practitioners to be on a ‘level playing ground’ with designers and engineers. The findings we present suggest that dentists are willing to engage in detailed exploration and constructive critique of technical design possibilities if the design ideas and prototypes are presented in the context of their work practice and are of a resolution and relevance that allow them to jointly explore and question with the design time. This paper is an extension of a short paper submitted to the Participatory Design Conference, 2004.

Protocol to design techniques for implementing software development best practices

Software engineering best practices allow significantly improving the software development. However, the implementation of best practices requires skilled professionals, financial investment and technical support to facilitate implementation and achieve the respective improvement. In this paper we proposes a protocol to design techniques to implement best practices of software engineering. The protocol includes the identification and selection of process to improve, the study of standards and models, identification of best practices associated with the process and the possible implementation techniques. In addition, technical design activities are defined in order to create or adapt the techniques of implementing best practices for software development.

The MX2 macromolecular crystallography beamline: a wiggler X-ray source at the LNLS

The Brazilian Synchrotron Light Laboratory [Laboratorio Nacional de Luz Sincrotron (LNLS), Campinas, SP, Brazil] is the first commissioned synchrotron light source in the southern hemisphere. The first wiggler macromolecular crystallography beamline (MX2) at the LNLS has been recently constructed and brought into operation. Here the technical design, experimental set-up, parameters of the beamline and the first experimental results obtained at MX2 are described. The beamline operates on a 2.0 T hybrid 30-pole wiggler, and its optical layout includes collimating mirror, Si( 111) double-crystal monochromator and toroidal bendable mirror. The measured flux density at the sample position at 8.7 eV reaches 4.8 x 10(11) photons s(-1) mm(-2) (100 mA)(-1). The beamline is equipped with a MarResearch Desktop Beamline Goniostat (MarDTB) and 3 x 3 MarMosaic225 CCD detector, and is controlled by a customized version of the Blu-Ice software. A description of the first X-ray diffraction data sets collected at the MX2 LNLS beamline and used for macromolecular crystal structure solution is also provided.

Direct measurement of instantaneous source speed for a HDR brachytherapy unit using an optical fiber based detector

Purpose: Several attempts to determine the transit time of a high dose rate (HDR) brachytherapy unit have been reported in the literature with controversial results. The determination of the source speed is necessary to accurately calculate the transient dose in brachytherapy treatments. In these studies, only the average speed of the source was measured as a parameter for transit dose calculation, which does not account for the realistic movement of the source, and is therefore inaccurate for numerical simulations. The purpose of this work is to report the implementation and technical design of an optical fiber based detector to directly measure the instantaneous speed profile of a (192)Ir source in a Nucletron HDR brachytherapy unit. Methods: To accomplish this task, we have developed a setup that uses the Cerenkov light induced in optical fibers as a detection signal for the radiation source moving inside the HDR catheter. As the (192)Ir source travels between two optical fibers with known distance, the threshold of the induced signals are used to extract the transit time and thus the velocity. The high resolution of the detector enables the measurement of the transit time at short separation distance of the fibers, providing the instantaneous speed. Results: Accurate and high resolution speed profiles of the 192Ir radiation source traveling from the safe to the end of the catheter and between dwell positions are presented. The maximum and minimum velocities of the source were found to be 52.0 +/- 1.0 and 17.3 +/- 1:2 cm/s. The authors demonstrate that the radiation source follows a uniformly accelerated linear motion with acceleration of vertical bar a vertical bar = 113 cm/s(2). In addition, the authors compare the average speed measured using the optical fiber detector to those obtained in the literature, showing deviation up to 265%. Conclusions: To the best of the authors` knowledge, the authors directly measured for the first time the instantaneous speed profile of a radiation source in a HDR brachytherapy unit traveling from the unit safe to the end of the catheter and between interdwell distances. The method is feasible and accurate to implement on quality assurance tests and provides a unique database for efficient computational simulations of the transient dose. (C) 2010 American Association of Physicists in Medicine. [DOI: 10.1118/1.3483780]

The European Project Semester at ISEP: the challenge of educating global engineers

Current engineering education challenges require approaches that promote scientific, technical, design and complementary skills while fostering autonomy, innovation and responsibility. The European Project Semester (EPS) at Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) (EPS@ISEP) is a one semester project-based learning programme (30 European Credit Transfer Units (ECTU)) for engineering students from diverse scientific backgrounds and nationalities that intends to address these goals. The students, organised in multidisciplinary and multicultural teams, are challenged to solve real multidisciplinary problems during one semester. The EPS package, although on project development (20 ECTU), includes a series of complementary seminars aimed at fostering soft, project-related and engineering transversal skills (10 ECTU). Hence, the students enrolled in this programme improve their transversal skills and learn, together and with the team of supervisors, subjects distinct from their core training. This paper presents the structure, implementation and results of the EPS@ISEP that was created in 2011 to apply the best engineering practices and promote internationalisation and engineering education innovation at ISEP.

Sistema de copia de seguridad automática para un programa de diseño técnico

Partint de les mancances quant a salvaguarda de dades presents en un programa de disseny tècnic, es du a terme un estudi de les tècniques necessàries per a solucionar aquestes i es detalla la seva posterior implementació en forma de llibreria. Així, s’aconsegueix oferir les funcionalitats de recuperació de dades, anul·lació d’operacions i històric de canvis, sense afectar de forma apreciable a les prestacions del programari.

Circulating miRNAs: a new generation of anti-doping biomarkers

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that regulate a variety of biological processes. Cell-free miRNAs detected in blood plasma are used as specific and sensitive markers of physiological processes and some diseases. Circulating miRNAs are highly stable in body fluids, for example plasma. Therefore, profiles of circulating miRNAs have been investigated for potential use as novel, non-invasive anti-doping biomarkers. This review describes the biological mechanisms underlying the variation of circulating miRNAs, revealing that they have great potential as a new class of biomarker for detection of doping substances. The latest developments in extraction and profiling technology, and the technical design of experiments useful for anti-doping, are also discussed. Longitudinal measurements of circulating miRNAs in the context of the athlete biological passport are proposed as an efficient strategy for the use of these new markers. The review also emphasizes potential challenges for the translation of circulating miRNAs from research into practical anti-doping applications.

Mobiilitehdaskonseptin soveltaminen puutalotuotantoon

Tullit ja kuljetuskustannukset haittaavat suomalaisten puutuotteiden hintakilpailua Venäjällä, mikä on luonut tarpeen uudenlaisten toimintamallien kehittämiselle. Tutkimuksen hypoteesina on, että soveltamalla teorioita mobiilista tuotantojärjestelmästä puutalotuotantoon pystytään vastaamaan aluerakennustoiminnan ongelmiin ja saavuttamaan kustannusetuja. Tämän työn tavoitteena on antaa yritysjohdolle kuvaus siirrettävän talotehtaan tuotantokonseptista ja arvioida toiminnan kannattavuutta. Työn tulosten avulla pyritään vastaamaan kysymyksiin: millainen on siirrettävä puutalotehdas ja onko mobiilitehdaskonsepti puutalotuotannossa taloudellisesti kannattava. Tutkimusta tarkastellaan Venäjän liiketoiminta- ja Venäjän puurakentamiskontekstissa. Tutkimus on laadullinen tapaustutkimus, jossa käytettiin useiden menetelmien yhdistelmää. Tutkimusmenetelmät sisälsivät sekä teknisen suunnittelun että kannattavuuden arvioinnin menetelmiä. Työn tekninen osa perustui tehdassuunnittelun ja konseptin kehittämisen menetelmiin. Taloudellisessa tarkastelussa käytettiin tuloslaskelmaa sekä tuottoasteen ja takaisinmaksuajan menetelmiä. Eri tekijöiden vaikutusta kannattavuuteen arvioitiin herkkyysanalyysilla. Työssä esitellään mobiilin talotehtaan tehdassuunnitelma ja tuotantokonsepti sekä sivutaan logistista konseptia. Mobiiliin talotehtaaseen sovellettiin mobiilitehdaskonseptia ja verstastuotantomallia. Mobiili talotehdas koostuu kokoonpanolinjasta, jota täydennetään esivalmistusverstailla. Investoinnille laskettiin kannattavuutta kuvaavat tunnusluvut, joiden perusteella mobiilitehdas todettiin kannattamattomaksi ja riskialttiiksi. Kannattavuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysillä. Kannattavuuteen vaikuttavat merkittävästi muuttuvien kustannusten ja myyntihinnan muutokset. Työssä annetaan toimenpide-ehdotuksia siirrettävän talotuotannon konseptin kehittämiseen. Keskeiset jatkotutkimuskohteet liittyvät mobiilitehtaan elinkierron toimintojen ja osakonseptien kehittämiseen.

Puomiankkurin uudelleensuunnittelu ja valmistus

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella uusi öljyntorjunnassa käytettävä puomiankkuri. Nykyisin käytössä olevat ankkurit ovat painavia, paljon tilaa vieviä, jäykkiä rakenteeltaan ja hankalia käyttää. Työn tavoitteena on ollut suunnitella rakenne, jossa muotoilun avulla pyritään korvaamaan ankkurin painoa ja saavuttaa hyvä tunkeutuminen eri pohjalaaduissa. Ankkurin suunnitteluun kuuluu merkittävänä osana materiaalinvalintaprosessi, jonka perusteella materiaaliksi valittiin kulutusteräs. Kulutusteräksen korkea lujuus ja hyvä kulumiskestävyys mahdollistavat ohuemman materiaalin käytön rakenteessa, jonka seurauksena rakenteen painoa saatiin vähennettyä merkittävästi. Ankkurin rakenteen suunnittelussa käytettiin hyväksi nykyisiä ankkurin rakenteita, joiden pohjalta hahmoteltiin eri variaatioita ankkureista. Suunnittelutyössä käytettiin hyväksi tyypillisiä ankkurirakenteita hyvien puolien kannalta, joita pyrittiin toteuttamaan uudessa ankkuri- rakenteessa. Ankkurin suunnittelu toteutettiin järjestelmällisen suunnittelun avulla, jossa ensin laadittiin ankkurille vaatimuslista. Tämän jälkeen laadittiin ankkurille toimintorakenne ja jakaminen osatoimintoihin. Ankkurin rakenteista toteutettiin kaksi eri versiota: sisävesillä ja merialueilla käytettävät ankkurit, joille laadittiin mitoitus. Työssä suunnitellun terävän tunkeutumisosan ja optimaalisen tunkeutumiskulman avulla ankkureiden painoa saatiin huomattavasti alhaisemmaksi, jonka seurauksena ankkurille saatiin kevyempi rakenne ja materiaalikustannukset pienenivät merkittävästi. Uusien ankkurien rakenne on pienemmän koon ja painon ansiosta käyttäjäystävällisempi.

Puomiankkurin uudelleensuunnittelu ja valmistus

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella uusi öljyntorjunnassa käytettävä puomiankkuri. Nykyisin käytössä olevat ankkurit ovat painavia, paljon tilaa vieviä, jäykkiä rakenteeltaan ja hankalia käyttää. Työn tavoitteena on ollut suunnitella rakenne, jossa muotoilun avulla pyritään korvaamaan ankkurin painoa ja saavuttaa hyvä tunkeutuminen eri pohjalaaduissa. Ankkurin suunnitteluun kuuluu merkittävänä osana materiaalinvalintaprosessi, jonka perusteella materiaaliksi valittiin kulutusteräs. Kulutusteräksen korkea lujuus ja hyvä kulumiskestävyys mahdollistavat ohuemman materiaalin käytön rakenteessa, jonka seurauksena rakenteen painoa saatiin vähennettyä merkittävästi. Ankkurin rakenteen suunnittelussa käytettiin hyväksi nykyisiä ankkurin rakenteita, joiden pohjalta hahmoteltiin eri variaatioita ankkureista. Suunnittelutyössä käytettiin hyväksi tyypillisiä ankkurirakenteita hyvien puolien kannalta, joita pyrittiin toteuttamaan uudessa ankkuri- rakenteessa. Ankkurin suunnittelu toteutettiin järjestelmällisen suunnittelun avulla, jossa ensin laadittiin ankkurille vaatimuslista. Tämän jälkeen laadittiin ankkurille toimintorakenne ja jakaminen osatoimintoihin. Ankkurin rakenteista toteutettiin kaksi eri versiota: sisävesillä ja merialueilla käytettävät ankkurit, joille laadittiin mitoitus. Työssä suunnitellun terävän tunkeutumisosan ja optimaalisen tunkeutumiskulman avulla ankkureiden painoa saatiin huomattavasti alhaisemmaksi, jonka seurauksena ankkurille saatiin kevyempi rakenne ja materiaalikustannukset pienenivät merkittävästi. Uusien ankkurien rakenne on pienemmän koon ja painon ansiosta käyttäjäystävällisempi.

Kevyen istutuskoneen suunnittelu puuntaimille

Työssä pyritään suunnittelemaan kevyempi versio jo olemassa olevasta puuntaimien istutuslaitteesta. Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä teoria osuudessa käydään läpi mekatronisen koneen suunnittelussa huomioitavia seikkoja ja järjestelmällistä tuotekehitysprosessia yleisesti. Toisessa osassa esitellään nykyisten istutuslaitteiden kehityshistoriaa ja nykyisin koneellisessa metsänistutuksessa käytössä olevia laitteita. Loppuratkaisujen aikaan saamisessa pyritään QFD-menetelmää käyttämällä saamaan aikaan kevyen istutuskoneen vaatimusprofiili ja profiilissa ilmi tulleiden vaatimusten ja toiveiden pohjalta kehitettiin ratkaisuja joilla perinteistä koneellista istutus toimintaa voidaan uudistaa. Materiaalinvalinnan avulla optimoitiin kevyttä istutuskonetta pyrkimällä löytämään ympäristöystävälliset materiaalit jotka ovat tuotteen elinkaarta kokonaisuutena ajatellen parhaat mahdolliset. Työssä saatiin aikaan malli jolla on mahdollista jatkokehittelyn jälkeen ja kunnolla tuotteistettuna edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä. Työn aikana huomattiin, että suurimmat esteet metsän istutuksen koneellistumiselle ovat nykyisten koneiden korkeat hankinta- ja käyttökustannukset sekä koneiden käyttämisen vaatima ammattitaito. Kustannuksia alentamalla ja käyttökynnystä madaltamalla voi edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä tehostamisen rinnalla.

Asuntorakentamisen vakioidut tekniset ratkaisut rakennettavuuden ja kustannustehokkuuden varmistamiseksi suunnittelunohjauksessa

Rakennushankkeen suunnitteluvaiheen ratkaisut määrittävät merkittävästi hankkeen laatua, aikataulutusta ja kustannustasoa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää teknisten suunnittelualustojen ja vakioinnin käytön nykytilaa sekä kustannusvaikutuksia kohdeyrityksessä. Kirjallisuustutkimuksessa suunnittelualustat nähtiin työkaluna vakioinnin lisäämiseen suunnitteluprosessissa ja hyvänä keinona suunnittelijoiden ohjaamiseksi. Työ on tutkimusmenetelmiltään laadullinen tapaustutkimus, jossa teknisten ratkaisuiden vakiointipotentiaalia ja kustannustehokkuutta tutkittiin kolmessa erityyppisessä rakenneratkaisussa. Kohdeyrityksen kustannustiedon ja asiantuntijahaastattelujen avulla vertaillut rakenteet oli ilmastointikonehuone, kylpyhuone ja parveke-elementti. Tutkimuksen keskeisissä tuloksissa suunnittelualustan ratkaisuiden käyttö kohdeyrityksessä on varsin säännönmukaista ja valvottua alustan käytön integroituessa osaksi suunnitteluprosessia. Vakioinnin ja esivalmistusasteen lisääminen tarjoaa potentiaalia parantaa rakennettavuutta ja laatua. Vakioinnin mahdollistama sarjavalmistuksen tehokkaampi hyödyntäminen ja vakioinnin volyymiedut ovat potentiaalinen keino alentaa yksikkökustannuksia. Vakioinnin ja esivalmistuksen aikatauluetujen kustannusvaikutus on merkittävä tuotannon aikasidonnaisten kustannusten pienentyessä ja pääoman käytön tehostuessa.