Диссертация (Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC". PDF-файл из архива "Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве СПбГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с СПбГУ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Федеральное государственное бюджетное учереждение�ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ�им. Б. П. КонстантиноваНационального исследовательского центра �Курчатовский институт�на правах рукописиФедин Олег ЛьвовичИзмерение поляризационных угловых коэффициентов в процессахлептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC01.04.23 � физика высоких энергийДиссертацияна соискание ученой степенидоктора физико-математических наукГатчина 20182ОглавлениеВведение. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Теоретический формализм1.1 Дифференциальное сечение процесса p + p → Z + X → l + l + X . . . . .1.2 Метод моментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3 Система покоя Коллинза-Сопера . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .1.4 Поляризация Z-бозонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.5 Вычисление угловых коэффициентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.5.1 Вычисления угловых коэффициентов в фиксированных порядкахтеории возмущений КХД . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .1.5.2 Вычисления угловых коэффициентов с помощью генераторов событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1818232426272 Эксперимент ATLAS2.1 Детектор ATLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2 Детектор переходного излучения . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .2.2.1 Дрейфовые трубки детектора переходного излучения . . .2.2.2 Модули детектора переходного излучения . . . . . . . . . .2.2.3 Характеристики детектора переходного излучения . . . . .2.3 Реконструкция и идентификация электронов . . . . . . . . . . .
.2.3.1 Реконструкция электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.2 Идентификация электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.3 Метод измерения эффективности регистрации электронов .2.3.4 Измерение эффективности идентификации электронов . . .2.3.5 Измерение эффективности реконструкции электронов . . .2.4 Реконструкция и идентификация мюонов . . . . . . . . . . . . . .2.4.1 Реконструкция мюонов . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.2 Измерение эффективности реконструкции мюонов . . . ...............393940414243464648505254565657......626263677171733 Анализ данных3.1 Данные и моделированные события . .3.2 Отбор событий . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Оценка фонов .
. . . . . . . . . . . . . .3.4 Угловые распределения . . . . . . . . . .3.5 Оценка фона КХД фона . . . . . . . . .3.5.1 Оценка КХД фона в канале eeCC......................................................................................................................................................273033.63.5.2 Оценка КХД фона в канале eeCF .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .793.5.3 Оценка КХД фона в канале µµCC . . . . . . . . . . . . . . . . . .83Измерение вероятности неправильного определения знака заряда электрона 864 Методика измерений4.1 Шаблонные распределения . . . . . . . . . . . . .4.2 Функция правдоподобия . . . . . . . . . . . . . .4.3 Учет систематических и статистических ошибок4.4 Регуляризация . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .4.5 Объединение нескольких каналов измерений . . ...................................................5 Оценка статистических и систематических ошибок измерений5.1 Статистическая ошибка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 Статистическая ошибка моделированных событий . . . . . . . . .5.3 Cистематические ошибки данных . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .5.4 Теоретические систематические ошибки . . . . . . . . . . . . . . .5.5 Систематические ошибки, связанные с методикой измерения . . .5.6 Сводка всех систематических ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................9191969799102......1041041061101151171206 Результаты измерений1276.1 Сравнения между каналами измерений . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 1276.2 Результаты измерений для каждого канала в отдельности и объединенныерезультаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.3 Проверка результатов измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.4 Количественная оценка угловых коэффициентов A5 , A6 , A7 . .
. . . . . . 1356.5 Сравнение с результатами измерений эксперимента CMS . . . . . . . . . 1376.6 Сравнение с теоретическими расчетами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Приложение .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157AШаблонные распределения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157BПолные результаты измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160CРезультаты расчета угловых коэффициентов для генератора Powheg . . 172DРезультаты расчета угловых коэффициентов для генератора Sherpa . . . 184Список работ, опубликованных автором по теме диссертации . . . .
. . . 193Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196Список литературы197Список сокращений и условных обозначений . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2074ВведениеАктуальность проблемыСегодня можно смело утверждать, что открытие бозона Хиггса [1, 2] на ускорителе LHC [3] оправдало его неофициальное название «машины открытий». Однакоколлайдер LHC иногда ещё называют «фабрикой» W- и Z-бозонов. Действительно, приэнергии столкновений протонов в системе центра масс 8 ТэВ на коллайдере LHC в эксперименте ATLAS [4] на 1 фбн−1 набранной интегральной светимости регистрируется1∼ 4×106 распадов W → eνe , µνµ и ∼ 4×105 распадов Z → e+ e− , µ+ µ− .
В 2010–2012 годах ускоритель LHC работал постоянно увеличивая светимость, достигнув максимальной светимости ∼ 7, 7 × 1033 см−2 с−1 . Это позволило эксперименту ATLAS набрать полную интегральную светимость ∼ 25 фб−1 и зарегистрировать ∼ 10 × 106 Z-бозонов и∼ 100 × 106 W-бозонов. Для примера, на четырех детекторах, работавших в 90-х годахна электрон-позитронном коллайдере LEP (ALEPH, DELPHI, OPAL, L3), было зарегистрировано всего около 20×106 Z-бозонов и 2 × 105 пар W+ W− бозонов.Существует ряд причин, по которым следует изучать электрослабые процессына ускорителе LHC [5]. Во-первых, лептонные распады W- и Z-бозонов имеют простуюсигнатуру. При распаде Z-бозона в конечном состоянии образуются два изолированныхлептона, а в случае распада W-бозона – один изолированный лептон и нейтрино, которое не регистрируется детектором, вследствии чего в нем наблюдается недостающаяэнергия.
Такая простая сигнатура событий обеспечивает высокую эффективность регистрации W- и Z-бозонов наряду с сильным подавлением фона, возникающего вследствиирождения адронных струй. Большая накопленная статистика распадов W- и Z-бозоновв лептоны позволяет использовать эти процессы для количественных оценок качестваработы детектора: калибровки детектора, измерения эффективностей реконструкции иидентификации лептонов (электронов и мюонов), изучения энергетического разрешения детектора и т. д. Однако, что более важно, такая большая статистика может бытьиспользована для измерения характеристик электрослабых процессов с высокой точностью.Увеличение точности измерения полных инклюзивных сечений рождения W- иZ-бозонов и сравнение их измеренных значений с теоретическими вычислениями, которые в настоящее время выполняются в NNLO (англ., Next-to-Next Leading Order)приближении с точностью ∼ 1%, позволяет не только проверять теоретические расчеты, но и стимулирует дальнейшее развитие вычислений в рамках пертурбативной КХДтеории.
Кроме того, такие расчеты включают петлевые диаграммы, что позволяет из1Цифры приведены с учетом аксептанса детектора и эффективности регистрации.5влекать информацию об еще не открытых частицах, как это было сделано, например,для t-кварка. Как хорошо известно, величина массы t-кварка была оценена из анализарадиационных петлевых поправок и данных, полученных на ускорителях LEP и SLC [6].Затем, спустя некоторое время, он был открыт на ускорителе Tevatron на установкахCDF и D0 [7, 8].Описание жестких процессов в адронных взаимодействиях выполняется в рамках партонной модели КХД, которая сводит их к партон-партонным взаимодействиям, используя формализм партонных распределений. Наличие «жесткого» масштабапозволяет применять пертурбативную теорию КХД. Функции распределения партонов(ПФР), описывающие фрагментацию адронов, имеют непертурбативную природу.
Сечения жестких инклюзивных процессов при этом записываются в виде сверток квадратов матричных элементов жесткого процесса, вычисленных в рамках пертурбативной КХД, с партонными распределениями соударяющихся адронов. Теорема факторизации [9] обеспечивает возможность отделения (факторизации) пертурбативной частиот существенно непертурбативной. Последняя является универсальной в том смысле,что может быть измерена в одном процессе и использоваться для изучения других процессов.После оригинальных работ Дрелла и Яна [10] реакции типа h1 + h2 → V + X, гдеV=Z, W или γ ∗ , привлекли огромное теоретическое внимание и получили основополагающее значение для экспериментальной физики высоких энергий.
