Диссертация (1145387), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Недавно экспериментCDF опубликовал еще две работы, которые посвящены исследованию поляризационныхугловых коэффициентов с целью косвенного измерения синуса электрослабого угла смеef fшивания Вайнберга sin2 θWили, что эквивалентно в схеме ренормализации на массовойповерхности [38], массы W-бозона.ef fВ первой работе [39] представлены результаты непрямого измерения sin2 θWи∗массы W-бозона, выполненные при изучении распадов γ /Z-бозонов на электрон-позитef fронные пары e+ e− . Для измерения sin2 θWприменялась новая методика [37], основанная на использовании для вычисления дифференциального сечения средневзвешенногозначения углового коэффициента A4 . Во второй работе [40] представлены результатыef fнепрямого измерения sin2 θW, выполненные при изучении распадов γ ∗ /Z-бозонов наµ+ µ− пары.
Значение sin2 θW было получено из измерений асимметрии вперед-назадAF B (m`` ), которая связана с угловым коэффициентом A4 соотношением AF B (m`` ) =3A (m`` ), где m`` — инвариантная масса мюонной пары. Как известно, угловой коэф8 4фициент A4 прямо пропорционален sin2 θW .
Предсказания для асимметрии AF B (m`` ) взависимости от sin2 θW брались из моделирования. В схеме ренормализации на массовой поверхности sin2 θW = 1 − m2W /m2Z . По определению это соотношение справедливово всех порядках теории возмущений. Так как масса Z-бозона известна с высокой точностью (±0,002 ГэВ), то измерение sin2 θW можно рассматривать как косвенное измерениемассы W-бозона.Оба указанных выше измерения, выполненные коллаборацией CDF, основанытолько на части накопленных данных, которые соответствуют интегральной светимости ∼ 2,1 фб−1 . Несмотря на это, в эксперименте удалось достигнуть очень высокойlepточности измерения величины sin2 θeff для адронных коллайдеров ±0.0010. Методикавыполненных измерений в электронном и мюонном канале слегка различались.
Интерпретация полученных результатов в рамках Стандартной модели с использованиемренормализационной схемы на массовой поверхности приводит к ошибке измерения длявеличины sin2 θW всего ±0.0009 или эквивалентно к ошибке измерения массы W-бозона±0, 048 ГэВ.Обе работы, выполненные CDF коллаборацией, демонстрируют, что измеренияугловых коэффициентов можно рассматривать как прецизионные измерения в областижестких КХД процессов и электрослабой физики. Измерения, опубликованные в рабо-10те [37], выполнены не для всех угловых поляризационных коэффициентов вследствиеограниченной статистики и используемой методологии, так как для измерения использовались одномерные проекции угловых распределений лептонов.Эксперимент ATLAS опубликовал результаты аналогичных измерений для синусаэлектрослабого угла смешивания sin2 θW , используя данные 2011 года, полученные в√протон-протонных столкновениях с энергией s = 7 ТэВ [41].С теоретической точки зрения, угловые поляризационные коэффициенты недавно были дополнительно изучены в контексте рождения W-бозонов на LHC [42].
В данной работе были вычислены доли W-бозонов, рождающихся на LHC с левой, правойи продольной поляризацией. Было показано, что количество W-бозонов, рождающихсяс разной поляризацией, практически не зависит от КХД поправок. В работе [43] былиопубликованы теоретические расчеты угловых коэффициентов для рождения Z-бозоновв адронных столкновениях, выполненные в NNLO приближении с учетом образованияпартонных ливней (англ., Next-to-Next Leading Order and Parton Showering, NNLOPS),с помощью программы Powheg.В 2012 эксперимент ATLAS набрал статистику в протон-протонных столкновени√ях с энергией s = 8 ТэВ, примерно в пять раз больше, чем та, которая использоваласьдля измерения асимметрии вперед-назад AF B и sin2 θW в протон-протонных столкнове√ниях с энергией s = 7 ТэВ [41]. Это позволило значительно улучшить статистическуюточность измерений, а также выполнить более широкий круг измерений.
С помощьюновой методики измерений, разработанной в данной диссертационной работе, стало возможным измерить с высокой точностью весь набор поляризационных угловых коэффициентов в зависимости от поперечного импульса Z-бозона pZT интегрально для всегодиапазона быстрот y Z и в нескольких диапазонах по псевдобыстроте. Такое измерениепозволяет выполнить проверку пертурбативных КХД расчетов и реализацию в современных генераторах событий моделей образования партонных ливней и «underline» событий. Разработанная методика позволяет приступить к измерению sin2 θW без использования измерения асимметрии вперед-назад AF B . Кроме того, разработанный методпозволяет измерить спектр по поперечному импульсу Z-бозонов непрямым методом, тоесть восстановив его из измерений угловых коэффициентов. Прямые измерения спектра Z-бозонов по поперечному импульсу выполняются в искаженном аксептансом и эффективностью детектора фазовом пространстве лептонов [44, 45].
Для восстановленияспектра используется метод обратной свертки. В выполненных, таким образом, измерениях не удается достичь необходимой точности в области малых pZT , то есть в области, вкоторой наиболее интересно сравнить результаты измерений и расчетов. Основная проблема достижения заданной точности в прямом измерении спектра по pZT заключается вбольшой систематической ошибке, возникающей из-за неточного знания ПФР. Предварительные оценки показывают, что используя разработанную в данной работе методику,11систематические ошибки измерения спектра pZT могут быть заметно снижены.Эксперимент CMS также недавно опубликовал результаты измерения первых пяти угловых коэффициентов [46] на основе данных полученных, в протон-протонных√столкновениях с энергией s = 8 ТэВ в канале Z → µµ.
Измерения, выполненные вэксперименте CMS, оказались более чувствительны к эффектам более высоких порядков КХД, чем результаты, полученные в эксперименте CDF.Цель работыОсновная цель диссертационной работы состоит в получении и интерпретацииновых экспериментальных данных о электрослабых процессах на ускорителе LHC иисследовании влияния КХД на эти процессы путем изучения поляризационных угловыхкоэффициентов в распадах калибровочных Z-бозонов. При выполнении данной работыбыли решены следующие задачи:1).
Разработана методика измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которая позволяет минимизировать систематические ошибки измерения.2). Выполнены измерения поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которыеописывают 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 всего 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, 5.3). Вычислены поляризационные угловые коэффициенты в фиксированных порядкахтеории возмущений O(αs ) и O(αs2 ), а также с помощью различных Монте-Карлогенераторов событий как функции поперечного импульса Z-бозона pZT интегральнодля всего 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).
Выполнено сравнение угловых коэффициентов, рассчитанных в фиксированных порядках теории возмущений и полученных из разных генераторов Монте-Карло, сизмеренными значениями.5). Разработаны, созданы и запущены в эксплуатацию торцевые части детектора переходного излучения (англ., Transition Radiation Tracker, TRT), которые являютсячастью трековой системы эксперимента ATLAS и позволяют выполнять идентификацию электронов с энергиями от 0,5 до 100 ГэВ.126).
Разработаны, проверены и использованы в данной работе алгоритмы идентификации электронов, которые используют информацию с созданного детектора переходного излучения.Научная новизнаНаучная 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.2). Впервые выполнены измерения полного набора поляризационных угловых коэффициентов A0−7 , которые описывают угловые распределения лептонов при распаде Zбозонов в зависимости от поперечного импульса Z-бозона pZT . Измерения выполненыинтегрально по всему диапазону быстрот Z-бозона y Z , а также в нескольких бинахпо 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.138).
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.Научная и практическая значимость работыДостигнутая точность измерений угловых поляризационных коэффициентов стимулирует дальнейшее проведение их расчетов в более высоких порядках пертурбартивной теории возмущений КХД.
Сравнение полученных результатов с расчетами, выполненными с помощью различных генераторов событий, позволило уточнить используемые в них модели образования партонных ливней, а также устранить ряд ошибок внекоторых из них. Для выполнения измерений массы W-бозона с точностью несколькоМэВ необходимо иметь генераторы событий, которые с хорошей точностью описывают угловые распределения лептонов. Выполненные в данной работе прецизионные измерения позволяют проверить реализацию моделей образования партонных ливней и«underline» событий в различных генераторах Монте-Карло.Разработанные методики анализа экспериментальных данных, использованныедля измерения 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.Разработанная и созданная торцевая часть детектора переходного излучения позволяет успешно выполнять исследовательскую программу эксперимента ATLAS.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
