{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Анализ димюонного спектра с использованием данных детектора CMS"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Открыть файл с данными"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "f = TFile::Open(\"root://eospublic.cern.ch//eos/opendata/cms/derived-data/AOD2NanoAODOutreachTool/Run2012BC_DoubleMuParked_Muons.root\")"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Здесь есть дерево `Events`."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Дерево содержит следующие поля\n",
    "\n",
    "| Поле | Тип | Описание |\n",
    "|-------------|-----------|-------------|\n",
    "| `nMuon` | `unsigned int` | Number of muons in this event |\n",
    "| `Muon_pt` | `float[nMuon]` | Transverse momentum of the muons (stored as an array of size `nMuon`) |\n",
    "| `Muon_eta` | `float[nMuon]` | Pseudorapidity of the muons |\n",
    "| `Muon_phi` | `float[nMuon]` | Azimuth of the muons |\n",
    "| `Muon_mass` | `float[nMuon]` | Mass of the muons |\n",
    "| `Muon_charge` | `int[nMuon]` | Charge of the muons (either 1 or -1) |"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "Events->GetEntries() //событий в дереве"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Приступаем к анализу"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "$X \\to \\mu^+ \\mu^-$\n",
    "\n",
    "*Условия отбора*:\n",
    "ищем события с\n",
    "1. двумя мюонами\n",
    "2. суммарный заряд которых равен нулю\n",
    "\n",
    "*Картинка*:\n",
    "построим инвариантную массу пары $\\mu^+\\mu^-$"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Пишем вспомогательную функцию, которая вернёт инвариантную массу пары мюонов"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "Double_t InvariantMass(Float_t pt0, Float_t eta0, Float_t phi0, Float_t mass0, Float_t pt1, Float_t eta1, Float_t phi1, Float_t mass1){\n",
    "    ROOT::Math::PtEtaPhiMVector m1(pt0, eta0, phi0, mass0);\n",
    "    ROOT::Math::PtEtaPhiMVector m2(pt1, eta1, phi1, mass1);\n",
    "    return (m1+m2).mass();\n",
    "}"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Создаю гистограмму"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "invMass_hist = new TH1D(\"hist\", \"InvMass\", 10000, 0, 120)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Теперь нужно пройти по нашему дереву `Events` и вытащить оттуда события, удовлетворяющие критериям отбора, вычислить их инвариантную массу и записать в гистограмму"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Проход по дереву осуществляется с помощью [`TTreeReader`](https://root.cern.ch/7-using-ttreereader)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "TTreeReader reader(\"Events\", f);"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Ему дополнительно нужно показать ветки дерева, которые мы будем использовать"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "TTreeReaderArray<Float_t> pt(reader, \"Muon_pt\");\n",
    "TTreeReaderArray<Float_t> eta(reader, \"Muon_eta\");\n",
    "TTreeReaderArray<Float_t> phi(reader, \"Muon_phi\");\n",
    "TTreeReaderArray<Float_t> m(reader, \"Muon_mass\");\n",
    "TTreeReaderArray<int> ch(reader, \"Muon_charge\");\n",
    "TTreeReaderValue<unsigned int> num(reader, \"nMuon\");"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Пара вспомогательных переменных"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "int i=0;\n",
    "double mass;"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Пример: пройти по дереву и выписать поперечные импульсы треков в событиях с `nMuon==1` и `Muon_phi<0.1`\n",
    "```c++\n",
    "while(reader.Next()){\n",
    "    if((*num==1)&&(phi[0]<0.1)){\n",
    "        cout << \"MOM: \" << pt[0] << endl;\n",
    "    }\n",
    "}\n",
    "\n",
    "```"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Теперь по нашему анализу"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Задача**: исправьте ошибки в следующем блоке"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "invMass_hist->Reset(); //на всякий случай чищу гистограмму\n",
    "reader.Restart();//на всякий случай сбрасываю reader\n",
    "i = 0;\n",
    "while(reader.Next()){\n",
    "    if((*num==2)&&(ch[0]==ch[1])&&(phi[0]*phi[1]<0)){\n",
    "        mass = InvariantMass(eta[0], phi[0], m[0], pt[0], pt[1], eta[1], phi[1], m[1]);\n",
    "        hist->Fill(mass);\n",
    "        i++;\n",
    "        if(i%1000==0)\n",
    "            cout << i << '\\t' << mass << endl;\n",
    "    }\n",
    "    if(i==10000) //дерево гигантское, поэтому если мы не хотим ждать сутки, то лучше остановиться пораньше\n",
    "        break;\n",
    "}"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Задача**: постройте гистограмму с инвариантной массой двух мюонов, подпишите оси, добавьте заголовок"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "TCanvas c1(\"can1\", \"Canvas\", 600, 600);"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "//код\n",
    "c1.Draw()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Задача**: постройте гистограмму в окне `c2` в логарифмическом масштабе по оси x, уберите окно со статистикой, добавьте сетку"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "TCanvas c2(\"can2\", \"Canvas\", 1000, 600);"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "//код\n",
    "c2.Draw()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Вы видите что-то необычное? Например пик от $Z$-бозона где-то около 90 ГэВ?"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Ищем массу Z"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Теперь наша глобальная задача будет определить **массу $Z$-бозона**"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Клонируем нашу гистограмму в новую гистограмму `hist_Z` для дальнейшейшей работы"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "hist_Z = (TH1D*)(invMass_hist->Clone())"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Задача**: [сфокусировать](https://root.cern.ch/how/how-set-ranges-axis) гистограмму на Z-бозоне, построить её в окне `c3`\n",
    "\n",
    "p.s: если событий мало, то перебинируйте гистограмму `hist_Z->Rebin(2);` (можно несколько раз, или вставьте другое число)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "TCanvas c3(\"can3\", \"Canvas\", 1000, 600);"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "hist_Z->Draw(); //добавьте свой код сюда\n",
    "c3.Draw()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**Задача**: \n",
    "1. придумать и написать функцию = сигнал + фон, которой вы будете подгонять данные\n",
    "2. фитировать гистограмму, отрисовать результат в окне `c3`, добавить окно со статистикой\n",
    "3. **найти массу Z-бозона**"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "data_dist = new TF1(\"sig_bkg\", \"\", 80, 100); //напишите ваш код"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "data_dist->SetParameters //не забудьте выставить начальные параметры"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "//добавьте код"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "ROOT C++",
   "language": "c++",
   "name": "root"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": "text/x-c++src",
   "file_extension": ".C",
   "mimetype": " text/x-c++src",
   "name": "c++"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}