Автореферат (1145385), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Используя формализм КХД факторизации, зависящий от поперечных импульсов, можно определять TDM из процессовглубко неупругого рассеяния (англ., Deep Inelastic Scattering, DIS). Процесс рождениялептонных пар на адронных коллайдерах также может быть использован для определения TDM в случае когда поперечный импульс пары много меньше инвариантной массыпары. Таким образом, процесс Дрелла – Яна, который описывается двумя масштабами –инвариантной массой и поперечным импульсом лептонной пары, является уникальнымдля одновременного извлечения TMD и ПФР, а также для установления связи междуними путем изменения поперечного импульса пары лептонов.Процесс Дрелла – Яна является также уникальным для изучения квантовой интерференции между двумя амплитудами рассеяния с промежуточным векторным бозономв различных спиновых состояниях.
Для этого необходимо измерить угловые распределения лептонов в системе покоя лептонной пары. В девяностых годах, возможностьнетривиальной структуры вакуума КХД, индуцирующей поперечный импульс и спиновые корреляции партонов в начальном состоянии для процессов Дрелла – Яна, обсуждалась, например, в работах4 и5 . Недавний обзор прошлых и нынешних представлений онетривиальной структуре КХД вакуума можно найти в работе6 . В этих работах предлагается определить общую матрицу спиновой плотности для системы q q̄, которая включает в себя все возможные корреляции спина и импульса, а также учесть корреляциипоперечных импульсов кварка и антикварка. В работе5 было впервые показано, что такая нетривиальная матрица плотности, учитывающая корреляции спина и поперечногоимпульса, приводит к значительным изменениям в угловых распределениях лептоновдля неполяризованного процесса Дрелла – Яна.
Одним из следствий, полученных длятакой матрицы плотности, является нарушение соотношения Лам – Тунга (англ., Lam –Tung) A0 = A2 , где A0 и A2 угловые поляризационные коэффициенты. Это соотношение нарушается в пертурбативном КХД приближении ∼ O(αs2 ) на величину порядка∼ 10%. Простое наблюдение такого нарушения, которое не объясняется эффектами более высоких порядков КХД, может служить доказательством влияния вакуума КХД накорреляции спина и импульса.Лептонные распады W- и Z-бозонов являются фоновыми процессами при поискесобытий «новой физики» за пределами Стандартной Модели (СМ). Поэтому точныеизмерения характеристик этих распадов, которые необходимы для их правильного моделирования, крайне важны для поиска процессов, которые не описываются СМ.Изучение лептонных распадов W- и Z-бозонов позволяет выполнить прецизионные4Natchmann O., Reiter A.
// Z. Phys. C. — 1970. — Vol. 24. — P. 283.Brandenburg A., Natchmann O., Mirkes E. // Z. Phys. C. — 1993. — Vol. 60. — P. 697.6O. Natchmann. // Annals of Phys. — 2014. — Vol. 350. — P. 347. — arXiv : hep-ph/1401.7587.56измерения основных наблюдаемых СМ, таких, как масса W-бозона и синус эффективef fного угла смешивания sin2 θW. Прецизионные измерения основных наблюдаемых СМпозволяет проверить её предсказания. Любые отклонения от предсказаний будут либоуказывать на открытия нового физического явления вне рамок СМ, либо стимулироватьвыполнение более точных теоретических вычислений.Цели работы. Основная цель диссертационной работы состоит в получении и интерпретации новых экспериментальных данных о электрослабых процессах на ускорителе LHC и исследовании влияния КХД на эти процессы путем изучения поляризационных угловых коэффициентов в распадах калибровочных Z-бозонов.
Данная цельвключает в себя:1. Разработку методики измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которая позволяет минимизировать систематические ошибки измерения.2. Измерение поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которые описывают угловые распределения лептонов при распаде Z-бозонов, используя данные, накопленные экспериментом ATLAS в 2012 году при энергии протон-протонных столкновений√s = 8 ТэВ как функций поперечного импульса Z-бозона pZT интегрально для всегодиапазона быстрот |y Z |, а также в трех диапазонах по быстроте: 0 < |y Z | < 1, 1, 0 <|y Z | < 2, 0 и 2, 0 < |y Z | < 3, 5.3.
Расчеты поляризационных угловых коэффициентов в фиксированных порядках теории возмущений O(αs ) и O(αs2 ), а также с помощью различных Монте-Карло генераторов событий как функции поперечного импульса Z-бозона pZT интегрально длявсего диапазона быстрот |y Z |, а также в трех диапазонах по быстроте: 0 < |y Z | <1, 1, 0 < |y Z | < 2, 0 и 2, 0 < |y Z | < 3, 5.4. Сравнение угловых коэффициентов, рассчитанных в фиксированных порядках теории возмущений и полученных из разных генераторов Монте-Карло, с измереннымизначениями.5. Разработку, создание и запуск в эксплуатацию торцевых частей детектора переходного излучения (англ., Transition Radiation Tracker, TRT), которые являются частьютрековой системы эксперимента ATLAS и позволяют выполнять идентификациюэлектронов с энергиями от 0,5 до 100 ГэВ.6.
Разработку и проверку алгоритмов идентификации электронов, которые используют информацию с созданного детектора переходного излучения.Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в следующем:1. Разработан и практически реализован новый метод измерения поляризационныхугловых коэффициентов в лептонных распадах Z-бозонов, рождающихся в протонпротонных столкновениях на коллайдере LHC.72. Впервые выполнены измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которые описывают угловые распределения лептонов при распадеZ-бозонов в зависимости от поперечного импульса Z-бозона pZT . Измерения выполнены интегрально по всему диапазону быстрот Z-бозона y Z , а также в несколькихбинах по быстроте y Z .3.
Впервые выполнены расчеты угловых коэффициентов как функции pZT в фиксированных порядках теории возмущений O(αs ) и O(αs2 ) для Z-бозонов, рождающихся в√протон-протонных столкновениях с энергией s = 8 ТэВ. Расчеты выполнены интегрально по всему диапазону быстрот Z-бозона y Z , а также в нескольких бинах побыстроте y Z .4. Впервые выполнены расчеты угловых коэффициентов как функции pZT с помощьюразличных генераторов Монте-Карло для Z-бозонов, рождающихся в протон-протонных√столкновениях с энергией s = 8 ТэВ.
Расчеты выполнены интегрально по всемудиапазону быстрот Z-бозона y Z , а также в нескольких бинах по быстроте y Z .5. Выполнено сравнение измеренных коэффициентов с расчетами. Наблюдается значительное отклонение измерений разности коэффициентов A0 − A2 от вычисленийв O(αs2 ) приближении, выполненных с помощью программ DYNNLO и FEWZ. Этоуказывает на необходимость учета поправок КХД более высокого порядка.6. Впервые экспериментально продемонстрировано отличие коэффициентов A5,6,7 отнуля, как это и ожидалось в соответствии с теоретическими расчетами, выполненными в приближении O(αs2 ).7. Точность измерения угловых коэффициентов, достигнутая в данной работе, позволяет проверить различные модели образования партонных ливней, которые используются в Монте-Карло генераторах событий.8. Измерение поляризационных угловых коэффициентов Ai является важным элементом для последующих шагов в проведении прецизионных измерений параметровэлектрослабой модели на ускорителе LHC, таких как синуса электрослабого угласмешивания Вайнберга sin2 θW и массы W-бозона с точностью несколько МэВ.9.
Создан уникальный детектор переходного излучения для эксперимента ATLAS, обеспечивающий высокую эффективность восстановления треков заряженных частиц(∼ 100%) и хорошее импульсное разрешение (δpT /pT ∼ 0, 05% pT ⊕ 1%) в условияхбольшой множественности заряженных частиц, реализуемых на коллайдере LHC.Впервые детектор переходного излучения успешно работает в коллайдерном эксперименте.10.
Разработаны алгоритмы идентификации электронов, которые используют информацию с детектора переходного излучения, позволяющие проводить дополнительнуюидентификацию электронов в широком диапазоне их поперечных импульсов от 0,5до 100 ГэВ.8Научная и практическая ценность работы.
Достигнутая точность измеренийугловых поляризационных коэффициентов стимулирует дальнейшее проведение их расчетов в более высоких порядках пертурбартивной теории возмущений КХД. Сравнениеполученных результатов с расчетами, выполненными с помощью различных генераторов событий, позволило уточнить используемые в них модели образования партонныхливней, а также устранить ряд ошибок в некоторых из них. Это важно для выполнения измерений массы W-бозона с точностью несколько МэВ, так как необходимо иметьгенераторы событий, которые с хорошей точностью описывают угловые распределениялептонов. Выполненные в данной работе прецизионные измерения позволяют проверитьреализацию моделей образования партонных ливней и «underline» событий в различныхгенераторах Монте-Карло.Разработанные методики анализа экспериментальных данных, использованные дляизмерения угловых поляризационных коэффициентов, широко используются в эксперименте ATLAS.
Разработанная методика измерения угловых поляризационных коэффициентов позволила приступить к прецизионному измерению электрослабого угла смешивания sin2 θW и непрямому измерению спектра поперечных импульсов pZT Z-бозонов.Ожидается, что точность измерения спектра поперечных импульсов данным методом,при малых значениях импульса, будет лучше, чем при прямом измерении спектра, который восстанавливается методом обратной свертки.Разработанная и созданная торцевая часть детектора переходного излучения позволяет успешно выполнять исследовательскую программу эксперимента ATLAS. Успешная работа созданного детектора демонстрирует возможность использования переходного излучения для идентификации частиц в будущих коллайдерных экспериментах.Основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы,могут быть сформулированы следующим образом:1.
Разработан и практически реализован новый метод измерения поляризационныхугловых коэффициентов в лептонных распадах Z-бозонов, рождающихся в протонпротонных столкновениях на коллайдере LHC.2. Впервые выполнены измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которые описывают угловые распределения лептонов при распадеZ-бозонов в зависимости от поперечного импульса Z-бозона pZT .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
