Диссертация (Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC), страница 4

Успешная работа созданного детектора демонстрирует возможность использования переходного излучения для идентификации частиц в будущих коллайдерных экспериментах.14Основные положения, выносимые на защиту1). Новые экспериментальные данные для инклюзивных спектров рождения Z-бозоновв канале их распада на электронные или мюонные пары по поперечному импульсу и быстроте Z-бозона в протон-протонных взаимодействиях при беспрецедентно√высоких энергиях s = 8 ТэВ.2). Новый метод измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентовлептонных пар, рождающихся в процессе Дрелла-Яна в области масс Z-бозона в√протон-протонных столкновениях с энергией s = 8 ТэВ, путем измерения угловыхраспределений лептонов (электронов и мюонов) от распадов Z-бозонов.3).

Результаты прецизионных измерений поляризационных угловых коэффициентов какфункции поперечного импульса pZT Z-бозона вплоть до pZT < 600 ГэВ интегрально повсему диапазону псевдобыстроты y Z Z-бозона, а также в трех диапазонах по быстроте: 0 < |y Z | < 1, 1, 0 < |y Z | < 2, 0 и 2, 0 < |y Z | < 3, 5. Достигнутая точностьизмерений угловых поляризационных коэффициентов достаточна, чтобы увидетьотличия, которые возникают в расчетах из-за выбора разных теоретических моделей образования партонных ливней и «underline» событий в генераторах событий, атакже выбора шкалы факторизации.4).

Результаты расчетов поляризационных угловых коэффициентов, выполненных вфиксированных порядках теории возмущений NLO и NNLO с помощью программDYNNLO и FEWZ.5). Результаты расчетов поляризационных угловых коэффициентов для ряда наиболее широко используемых Монте-Карло генераторов событий, таких как Powheg,Sherpa, Pythia 8, MiNLO и других.6). Результаты измерения разности коэффициентов A0 − A2 , которые демонстрируютзначительное отклонение от расчетов, выполненных в NNLO (O(αs2 )) приближении,что указывает на необходимость учета теоретических поправок более высоких порядков для описания измеренной разности коэффициентов.7).

Экспериментально продемонстрировано нарушение соотношения Лам – Тунга [47]A0 − A2 = 0, которое означает, что при высоких энергиях доминирующим является рождение Z-бозона с поперечной поляризацией, и это выполняется для любойсистемы покоя Z-бозона.158). Экспериментально показано, что угловые коэффициенты A5 , A6 и A7 отличны отнуля, как это и ожидалось из теоретических расчетов в NNLO приближении.9). Созданный уникальный детектор переходного излучения, впервые используемый вбольшом коллайдерном эксперименте, для передней части внутреннего детектораэксперимента ATLAS удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Детекторпереходного излучения обеспечивает высокую эффективность восстановления треков заряженных частиц (∼100%), позволяет улучшить импульсное разрешение внутреннего детектора эксперимента ATLAS при больших поперечных импульсах на 10%,способен проводить дополнительную идентификацию электронов в условиях большой множественности заряженных частиц и большой частоты протон-протонныхстолкновений, реализуемых на коллайдере LHC.Достоверность и обоснованность результатов и выводовДостоверность и обоснованность полученных результатов и выводов базируетсяна использовании современных экспериментальных методик физики высоких энергийи общепринятых методах математической статистики, а также на сопоставлении полученных результатов с данными других экспериментов и теоретическими расчетами.Личное участие автораАвтор данной работы участвовал в разработке, создании и проведении эксперимента ATLAS, а также в физическом анализе экспериментальных данных и их интерпретации.

На протяжении многих лет автор является руководителем физическойгруппы сотрудников Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ в эксперименте ATLAS. Основной вклад автора состоит в следующем:1). Автор предложил и внес решающий вклад в реализацию нового метода измеренияполяризационных угловых коэффициентов в лептонных распадах Z-бозонов. Разработанный метод позволил существенно улучшить точность измерений, а такжеприступить к измерению электрослабого угла смешивания sin2 θW , не используя измерение асимметрии вперед-назад в лептонных распадах Z-бозона.2). Автор внес определяющий вклад в измерения поляризационных угловых коэффициентов в лептонных распадах Z-бозонов.

Достигнутая точность измерений позволила увидеть вклад КХД поправок более высоких порядков. Сравнение полученных результатов с расчетами, выполненными с помощью различных Монте-Карлогенераторов событий, позволило уточнить используемые в них модели образованияпартонных ливней, а также устранить ряд ошибок в некоторых из них, что является16важным шагом на пути решения амбициозной задачи по измерению массы W-бозонас точностью несколько МэВ.3). Автор внес существенный вклад в разработку, отладку и проверку алгоритмов идентификации электронов в эксперименте ATLAS. Под руководством автора была выполнена оптимизация алгоритмов идентификации электронов, используя информацию с детектора переходного излучения.

Автор внес существенный вклад в измерение, изучение и учет распределения пассивного вещества во внутреннем детектореперед входом в электромагнитный калориметр, что позволило увеличить эффективность идентификации электронов. Существенный вклад был внесен автором такжев работу по восстановлению энергетических потерь электронов за счет тормозного излучения в пассивном веществе внутреннего детектора. Это позволило поднятьэффективность регистрации электронов в эксперименте ATLAS в среднем на 5%.4). Автор внес определяющий вклад в разработку и создание торцевой части детекторапереходного излучения для внутреннего детектора эксперимента ATLAS. Под егоруководством была выполнена сборка и испытания модулей типа А детектора переходного излучения в НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ.

При определяющемвкладе автора была разработана методика проведения испытаний модулей детектора переходного излучения. Автор координировал установку и запуск внутреннегодетектора эксперимента ATLAS, который кроме детектора переходного излучениявключает в себя кремниевые полупроводниковые пиксельный детектор (англ., Pixel)и стриповый детектор (англ., Semi Conducter Tracker, SCT).5).

Автор участвовал в экспертной поддержке эксперимента и наборе экспериментальных данных в ходе работы коллайдера LHC.Из работ, выполненных в соавторстве, в диссертации представлены те положенияи результаты, которые получены либо лично соискателем, либо при его определяющейроли в постановке задач, разработке и реализации их решений.Апробация работыПо результатам выполненных исследований опубликовано 18 печатных работ, втом числе 15 из списка ВАК.

Результаты, представленные в диссертации, докладывались на совещаниях коллаборации ATLAS, семинарах ОФВЭ НИЦ «Курчатовскийинститут» – ПИЯФ, международной сессии-конференции секции ядерной физики ОФНРАН «Физика фундаментальных взаимодействий» в 2012 году (Москва, 2012 г.) и в 2016году (Дубна, 2016 г.), многочисленных международных конференциях. Среди них XXIV17International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects (Гамбург, Германия, 2016 г.), The Annual Large Hadron Collider Physics Conference (Санкт-Петербург,Россия, 2015 г.).

Technology and Instrumentation in Particle Physics (Цукуба, Япония,2009 г.), Low X Physics (Реховот, Израиль, 2013 г.).Структура и объем диссертацииДиссертация изложена на 207 страницах, состоит из введения, шести глав основного текста, заключения и четырех приложений. Диссертация содержит 78 рисунков,24 таблицы и список цитируемой литературы из 125 наименований.Введение посвящено выбору объекта исследования и актуальности темы диссертации. В нем сформулирована цель диссертационной работы и перечислены результаты,выдвигаемые автором на защиту, обоснована их научная новизна и практическая ценность. В первой главе подробно представлен основной теоретический формализм, поясняющий определение поляризационных угловых коэффициентов.

Обсуждается выборсистемы покоя Коллинза-Сопера для Z-бозона, в которой будут выполняться измерения угловых коэффициентов в зависимости от поперечного импульса Z-бозона. В этойже главе приводятся результаты теоретических расчетов, выполненных как в фиксированных порядках пертурбартивной теории КХД, так и с помощью ряда различныхгенераторов событий. Во второй главе дано краткое описание детектора экспериментаATLAS. Рассмотрена конструкция детектора переходного излучения, и обсуждаются егохарактеристики.

В этой же главе рассмотрены вопросы, связанные с реконструкцией иидентификацией электронов и мюонов в эксперименте ATLAS. Обсуждается методикаизмерения эффективностей регистрации и идентификации электронов и мюонов методом тагирования (англ., Tag&Probe), а также процедура корректировки, которая применятся к моделированным событиям, чтобы учесть несоответствие эффективностейизмеренных в данных и моделированных событиях. Третья глава посвящена описаниюпроцедуры анализа экспериментальных данных. Приводится оценка фонов, в том числеи фона, возникающего из-за процессов многоструйного рождения, который оцениваетсяс помощью экспериментальных данных. Разработанная методика измерений угловыхполяризационных коэффициентов представлена в пятой главе.

В ней же обсуждаетсяметодика учета систематических и статистических ошибок измерений, а также процедура регуляризации результатов измерений угловых поляризационных коэффициентов.В пятой главе подробно рассмотрены статистические и систематические ошибки измерений. Результаты измерений представлены в главе шесть. В этой же главе обсуждаются полученные результаты, и приводится сравнение их с теоретическим расчетами.В заключении дается краткий обзор основных результатов и выводов диссертационнойработы.18Глава 1 Теоретический формализм1.1Дифференциальное сечение процесса p + p → Z +X →l+l+XКак известно, процесс рождения лептонной пары в протон-протонных столкновениях, который происходит через обмен промежуточным нейтральным бозоном (фотонили Z-бозон), p + p → Z/γ ∗ + X → l + l + X, называется процессом Дрелл – Яна. В рамках кварк-партонной модели сечение процесса Дрелл – Яна вычисляется через амплитуды жестких короткодействующих партон-партонных взаимодействий, которым предшествует образование двух партонов из сталкивающихся протонов (партонный ливень)на расстояниях значительно больших по сравнению с жестким процессом.