Отзыв ведущей организации (Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Z-бозона в эксперименте ATLAS на LHC)

УТВЕРЖДАЮ Заме~зэ~1е4Ыд)~зектора ФГБУН а' ' «йй~~~~~Ффщйь~ исследований кадемии наук» физ.-мат. наук 'В М. В, Либанов ~~Г4-д 2018 г. отзыв ведущей организации о диссертационной работе Федина Олега Львовича «Измерение поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Х-бозона в эксперименте АТ1.АЯ на 1.НС», представленной на соискание степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.23— физика высоких энергий, в диссертационный совет Д 212.232.16 при СанктПетербургском государственном университете.

Диссертационная работа Федина Олега Львовича посвящена одной из актуальных тем современной физики элементарных частиц — прецизионному измерению параметров электрослабых процессов Стандартной модели„а именно измерению поляризационных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада Х-бозона. Надежная работа Большого адронного коллайдера и достигнутая в 2012 году пиковая светимость позволила зарегистрировать в эксперименте АТ1.АЬ порядка 10 миллионов лептонных распадов Х-бозона. Накопленная статистика позволила приступить к детальному изучению квантовой интерференции между амплитудами рассеяния с промежуточным Х- бозоном в различных спиновых состояниях путем измерения угловых распределений лептонов 1мюонов и электронов) в системе покоя лептонной пары, которая как известно описывается матрицей плотности, учитывающей всевозможные корреляции сп ннов и поперечных импульсов начальных партонов.

На практике такие корреляции описываются набором девяти «структурных функций», которые могут быть вычислены в рамках партонной модели, используя пертурбативную КХД. Зти «структурные функции» представляют собой отношение дифференциальных сечений с заданной поляризацией 2-бозана к неполяризованному сечению, и называются угловыми поляризационными коэффициентами. В данной работе впервые был измерен полный набор из восьми поляризационных угловых коэффициентов в зависимости от поперечного импульса 2-бозона интегрально и в нескольких интервалах по быстроте. Для измерения была разработана методика, которая позволила учесть аксептанс детектора, а также искажение спектра лептонов изза КЗД излучения фотонов лептонами в конечном состоянии. Для сравнения измеренных зависимостей угловых коэффициентов от поперечного импульса использовались расчеты, выполненные как в фиксированных порядках теории возмущения КХД, так и расчеты с помощью ряда генераторов событий, таких как РО%НЕО и ЯНЕКРА, Выполненные измерения показали ряд интересных результатов, Например, было обнаружено значительное отклонение разницы коэффициентов А0 и А2 от вычислений в ЬП~П.О приближении, что указывает на необходимость учета поправок КХД более высокого порядка.

Так же впервые экспериментально было показано, что наблюдается отличие значений коэффициентов А567 при больших поперечных импульсах от нуля, как это и ожидалось в соответствии с расчетами, выполненными в ХЬП.О приближении. Достигнутая в данной работе точность измерений угловых поляризационных коэффициентов стимулирует дальнейшее проведение их расчетов в более высоких порядках пертурбартивной теории возмущений КХД, а также позволяет проверить различные модели образования партонных ливией, которые используются в современных Монте-Карло генераторах событий. Данная диссертационная работа открывает новые возможности по прецизионному измерению параметров Стандартной модели таких как, электрослабый угол смешивания и масса Ж-бозона.

Угол смешивания обычно извлекается из измерения асимметрии вперед-назад А~-.в. Такие измерения модельно зависимы и не позволяют уменьшить систематическую ошибку. С другой стороны, асимметрия вперед-назад Агв пропорциональна угловому поляризационному коэффициенту А4. В данной работе измерена зависимость коэффициента А4 от поперечного импульса лептонной пары. Метод измерения, разработанный в данной работе, может быть использован для измерения зависимости коэффициента А4 от массы лептонной пары.

Измерение такой зависимости позволит измерить угол смешивания. В настоящее время эксперимент АТ1 АЯ приступил к измерению угла смешивания, используя метод разработанный в данной работе. Разработанный в данной работе метод также позволяет измерить спектр поперечных импульсов Х-бозонов непрямым методом, то есть восстановив его из измерений угловых коэффициентов. Прямые измерения спектра Х-бозонов по поперечному импульсу выполняются в искаженном аксептансом и эффективностью детектора фазовом пространстве л ел тонов.

Для восстановления спектра используется метод обратной свертки. В выполненных, таким образом, измерениях не удается достичь необходимой точности в области малых поперечных импульсов рхт„то есть в области, в которой наиболее интересно сравнить результаты измерений и теоретических расчетов, выполняемых с помощью метода ресуммирования. Вклад в систематическую ошибку измерения спектра в области малых поперечных импульсов р~т от неточного знания функций распределения партонов значителен. Использование измеренных поляризационных коэффициентов позволит заметно снизить систематические ошибки измерения спектра поперечных импульсов Е-бозона. Работа по измерению спектра поперечных импульсов Е-бозона используя результаты измерения угловых коэффициентов также начата в эксперименте АТ1.АБ, Одна из амбициозных задач, стоящих перед экспериментом АТ1.АЗ, состоит в измерении массы %-бозона с беспрецедентной точностью порядка 10 МэВ.

Для выполнения этой задачи нужно существенно снизить систематические ошибки, определяющие точность измерения массы %-бозона. Значительная часть систематической ошибки возникает из-за неточности моделирования угловых распределений лептонов при распаде %-бозона. Распад %-бозона в лептоны является электрослабым процессом аналогичным распаду 2-бозона.

Следовательно экспериментальное изучение угловых распределений лептонов в распадах Х-бозонов и введение соответствующих корректировок в Монте-Карло генераторы событий, которые используются для генерации событий распадов как 7- так и %-бозона, позволит улучшить точность моделирования угловых распределений лептонов при распаде %-бозона и как следствие уменьшить систематическую ошибку измерения массы %-бозона. Вторая часть данной диссертационной работы состоит в создании уникального детектора переходного излучения ТКТ 1Тгапз16оп Кайайоп ТгасКег) для торцевых частей внутреннего трекера эксперимента АТ1.АЯ. Детектор ТКТ предназначен для восстановления треков заряженных частиц, а также для идентификации электронов и подавлении адронного фона.

Эта ключевая особенность данного детектора позволяет значительно улучшить эффективность регистрации изолированных электронов, которые образуются в электрослабых процессах в том числе, и при распадах Х-бозонов. Созданный уникальный детектор переходного излучения впервые используется в большом коллайдерном эксперименте.

Детектор успешно работает в условиях большой множественности заряженных частиц и большой частоты протон-протонных столкновений, реализуемых на Большом адронном коллайдере. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и четырех приложений. Она изложена на 205 страницах, содержит 78 рисунков, 24 таблицы и список цитируемой литературы из 125 наименований. Во введении формулируются предмет и цели исследования, раскрывается актуальность и научная новизна работы, сформулированы результаты, выдвигаемые автором на защиту.

В первой главе подробно описан теоретический формализм, поясняющий определение поляризацно нных угловых коэффициентов, а также обсуждается выбор системы покоя У.-бозона, в которой будут выполняться измерения угловых коэффициентов в зависимости от поперечного импульса 2'.-бозона. Здесь же приведены результаты теоретических расчетов, выполненных при непосредственном участии автора как в фиксированных порядках пертурбартивной теории КХД с помощью программ РЕЮТ и 0УМХ1.О, так и с помощью ряда основных генераторов событий, широко используемых для моделирования электрослабых процессов на Большом адронном коллайдере.

Во второй главе дается краткое описание эксперимента АТ1.АЯ, а также детектора переходного излучения ТКТ (Тгапзй1оп Кайа11оп ТгасКег) в разработке и создании которого автор внес решающий вклад. В этой же главе рассмотрена реконструкция и идентификация электронов н мюонов в эксперименте АТ1.АБ. Обсуждается методика измерения эффективностей регистрации и идентификации электронов и мюонов методом тагирования, а также процедура корректировки, которая п риме нятся к моделированным событиям, чтобы учесть несоответствие эффективностей, измеренных в данных н моделированных событиях. В третьей главе рассматривается процедура анализа экспериментальных данных. Методика измерения угловых поляризационных коэффициентов, а также оценка систематических ошибок, приводится в пятой главе.

Шестая ~ла~а п~св~щена обсуждению результатов измерений и их сравнению с теоретическими расчетами. В заключении приведен обзор основных результатов работы. Диссертация выполнена на высоком профессиональном уровне. Основные результаты опубликованы в 13 печатных работах, 15 из которых — в журналах из списка ВАК, и представлены в материалах многочисленных международных конференций, в том числе на международных сессиях- конференциях секции ядерной физики ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» (Москва, 2012 г.; Дубна, 2016 г.). Необходимо отметить отличное оформление диссертации, обоснованность полученных результатов, завершенность н высокую ценность всего исследования. Таким образом можно сделать вывод, что данная работа является законченным научным исследованием и выполнена автором самостоятельно на высоком научном уровне.

Основные этапы работы, полученные результаты и выводы представлены также в автореферате. Автореферат полностью соответствует основным положениям диссертации и в полной мере отражает ее содержание. Диссертационная работа Федина Олега Львовича «Измерение поляризацнонных угловых коэффициентов в процессах лептонного распада У.- бозона в эксперименте АТ1.АЯ на 1 НС» является законченной научноисследовательской работой, выполненной на высоком профессиональном уровне, и удовлетворяет требованиям п.п. 9-14 Положения «О порядке присуждения ученых степеней» №842 от 24.09,2013, предъявляемым к докторским диссертациям. Ее автор Федин О.

Л. заслуживает присуждения ему ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04,23 — физика высоких энергий. Отзыв на диссертационную работу Федина О. Л. обсужден и принят на заседании отдела теоретической физики протокол № 1. ото.ф2018 г. Красников Николай Валерьевич доктор физ.-мат. Наук Данные об организации: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт ядерных исследований Российской Академии наук» П7312, Москва, В-312, проспект 60-летия Октября, 7а. е-пий: щГ~~В1щ щ телефон: 8(499)135-77-60 факс 8(499)135-22-68 Отзыв составил: Заведующий отделом теоретической физики Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт ядерных исследований Российской Академии наук» .