авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

( ) cms (lhc) pp-

-- [ Страница 1 ] --

..

( )

»

CMS (LHC) pp- ` :

. 04.16. – “, » »» ·» ” ·µ » ·» » · »

2012

Национальная научная лаборатория им. А.И. Алиханяна

Тумасян Армен Рафикович

Энергетическая калибровка адронных струй в эксперименте CMS (LHC) с использованием распада в pp-столкновениях при

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-

математических наук по специальности 01.04.16 “Физика ядра, элементарных частиц и космических лучей”

ЕРЕВАН 2012

» » » · µ ·

»` . ·.

.. ()

»` . ·.

.. ()

. ·. »

. . ()

»` »

2012. 29– 1600

· µ · - § » ¦ 024 · (-36, »µ» . 2):

» » - ·

»· 2012. 29–

· ·

, . ·. ..

Тема диссертации утверждена ученым советом Национальной Научной Лаборатории им. А.И. Алиханяна

Научный руководитель: доктор физ.- мат. наук

Сирунян А.М. (ННЛ им. А.И. Алиханяна)

Официальные оппоненты: доктор физ.- мат. наук

Мкртчян Г.Г. (ННЛ им. А.И. Алиханяна)

кандидат физ.- мат. наук

Багдасарян А.С. (ННЛ им. А.И. Алиханяна)

Ведущая организация: Ереванский государственный университет

Защита состоится 29 мая 2012 г. в 1600 часов на заседании специализированного совета ВАК РА “Физика ядра и элементарных частиц” 024, действующего в ННЛ им. А.И. Алиханяна (0036, г. Ереван, ул. Братьев Алиханян 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ННЛ им. А.И. Алиханяна

Автореферат разослан 29 апреля 2012 г.

Ученый секретарь спец. совета, д.ф.м.н. Газазян Э.Д.

Общая характеристика работы

В настоящей работе представлены результаты калибровки шкалы энергии струи в эксперименте CMS (LHC). Разработанная методика позволила определить калибровочные коэффициенты шкалы энергии струи с помощью распада W-бозона на пару кварк-антикварк в процессе рождения одномюонной -пары в pp-столкновeниях при соответствующих интегральной светимости ~ 3 фб-1.



Актуальность темы. Физические процессы, которые исследуются на установке CMS (LHC) в своем большинстве содержат от одной до несколько адронных струй в конечном состоянии. Примером таких процессов является, в частности, образование бозона Хиггса в процессах с двумя и большим числом струй в конечном состоянии: Поэтому от точности восстановления энергии струи в значительной мере будет зависеть результативность проводимого эксперимента.

Множество физических и технических эффектов влияют на точность восстановления энергии струи. Отклонение измеренной энергии струи от энергии партона-родителя зависит от типов струй (калориметрические, трекерные, “Particle-Flow”, “Jet-Plus-Track”), используемых в эксперименте CMS, и может достигать до 50%. Это требует введения поправок к измеренной энергии струи. Такие поправки могут быть введены, в частности, с помощью процесса распада W-бозона на пару кварк-антикварк: С использованием таких событий можно установить шкалу энергии струи и выполнить ее калибровку, которая является одной из важных задач в эксперименте CMS. Установление абсолютной шкалы энергии струи с помощью событий основано на сравнении инвариантной массы струй от распада W-бозона с массой W.

Цель работы. Целью данной работы является:

  • разработка методики для коррекции энергии струи с использованием одномюонных -событий, включающих процесс распада , и определение калибровочных коэффициентов шкалы энергии струи,
  • разработка критериев отбора событий, соответствующих процессу рождения одномюонной -пары, оценка количеств фоновых и сигнальных событий,
  • оценка статистических и систематических погрешностей калибровки и определение области применимости по энергиям и псевдобыстротам струй.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные результаты по выполненной калибровке абсолютной шкалы энергии струи с помощью событий с топ-кварками будут использованы при исследовании процессов на установке CMS с наличием струй в конечном состоянии.

В результате изучения систематических погрешностей были выявлены ряд физических и технических эффектов, учет которых при реконструкции других событий со струями в конечном состоянии может существенно улучшить точность измерения параметров реконструированных объектов.

Научная новизна работы.

  1. Впервые предложена и разработана методика калибровки шкалы энергии струи, основанная на коррекции энергии струи на массу W-бозона в одномюонных -событиях.
  2. Впервые выработаны критерии отбора -событий, пригодные для калибровки, сделана оценка систематических погрешностей калибровки струй и определены ограничения на применимость данной методики. Показано, что введение поправки, компенсирующей сдвиг, связанный с энергетическим разрешением струи, улучшает точность калибровки до 1.5%. Показано также, что угловое смещение струй от распада W-бозона вследствие фрагментации кварков приводит к уменьшению измеренной инвариантной массы этих струй и вносит в калибровку погрешность от –6 до –2% в зависимости от поперечных энергий струй.
  3. Впервые предложена и выполнена отдельно калибровки шкал энергии и импульса струи.
  4. Впервые с помощью процесса с использованием экспериментальных данных, отобранных мюонными триггерами CMS при интегральной светимости 3 фб–1 рассчитана абсолютная шкала энергии струи в области псевдобыстрот струй от –2.5 до 2.5 и поперечных энергий струй от 20 до 150 ГэВ и показано, что как статистическая так и систематическая погрешность калибровки не превышает 3%.

Положения, выносимые на защиту.

Результаты выполненной калибровки абсолютной шкалы энергии и импульса адронных струй на установке CMS с использованием событий с топ-кварками, включающие следующие положения:

  1. предложена и разработана методика калибровки, основанная на коррекции шкалы энергии струи на массу W-бозона в одномюонных -событиях,
  2. разработаны критерии отбора
jpg">-событий, сделана оценка систематических погрешностей калибровки струй и определены ограничения на применимость данной методики,
  • рассчитаны калибровочные коэффициенты в зависимости от псевдобыстрот и поперечных энергий струй,
  • показано, что наличие энергетического разрешения струи приводит к нарушению калибровочных соотношений и, как следствие, к смещению значений калибровочных коэффициентов. Введение поправок, компенсирующих такое смещение, улучшает точность калибровки до 1.5%. Рассчитаны значения этих поправок в зависимости от поперечных энергий струй,
  • показано, что угловое смещение струй вследствие фрагментации кварков, рождаемых от распада W-бозона, приводит к уменьшению измеренной инвариантной массы этих струй и вносит в калибровку погрешность от –6 до –2% в зависимости от поперечных энергий струй,
  • показано, что систематические погрешности калибровки, связанные с использованием Монте-Карло параметризации зависимостей шкалы энергии струи от псевдобыстрот и поперечной энергии струи не превышают 3%,
  • результаты расчета абсолютной шкалы энергии струи и статистических погрешностей калибровки на основе экспериментальных данных, отобранных мюонными триггерами CMS при интегральной светимости 3 фб–1 в области псевдобыстрот струй от –2.5 до 2.5 и поперечных энергий струй от 20 до 150 ГэВ.
  • Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 118 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 24 таблицы и 54 рисунка. Список цитируемой литературы состоит из 66 наименований.

    Содержание диссертации

    Во введении представлена актуальность диссертационной темы, сформулированы цель и научная новизна работы и дан краткий обзор задач и методов, которые включены в диссертацию.

    В первой главе приводится описание Большого Адронного Коллайдера (LHC) Европейского Центра Ядерных Исследований (CERN) и структуры Компактного Мюонного Соленоида (CMS). LHC является ускорителем, в котором пучки протонов или ядер, разгоняясь в противоположных направлениях, сталкиваются друг с другом.

    В настоящее время энергия столкновения протонных пучков в системе центра масс поднята до 8 ТэВ с прошлогодних 7 ТэВ. Планируемая максимальная энергия и светимость при протон-протон столкновениях составляют 14 ТэВ и 1034 см–2 сек–1, соответственно. При такой светимости ожидается, что частота столкновений пучков будет 40 МГц и в каждом таком пересечении будет происходить в среднем 20-25 взаимодействий. Ускоритель длиной 26.7 км с отклоняющими магнитами, которые обеспечивают магнитное поле 8.33 Тесла, расположен под землей на глубине 50-175 м в тоннеле диаметром 3.8 м.

    Установка CMS – высокоэффективный детектор общего назначения, спроектированный для поиска новых направлений в физике частиц высоких энергий. Детектор создан при широком мировом сотрудничестве. Общий вид экспериментальной установки CMS представлен на рис.1. Длина CMS без передних калориметров составляет 21,6 м, диаметр - 14,6 м. CMS состоит из внутреннего трекера, электромагнитных и адронных калориметров, магнитного соленоида с полем 3.8 Тл, системы мюонных детекторов и передних калориметрических детекторов.

    Рис. 1. Компактный Мюонный Соленоид.

    Внутренний трекер с внешним радиусом 115 см и длиной 270 см расположен в самом центре установки CMS, покрывает область псевдобыстрот || < 2.4 (). Основным назначением этого субдетектора является восстановление вершин взаимодействия и измерение импульсов заряженных частиц с высокой точностью. Трекер обеспечивает высокую точность пространственного разрешения высокоэнергичных треков (до 0.02 мм в поперечной и до 0.1 мм в продольной плоскостях).

    Электромагнитный калориметр (ECAL) предназначен для регистрации электронов, фотонов и струй. ECAL имеет три сегментированные части: цилиндрическая (|| < 1.479) и две торцевые (1.479 < || < 3.0). В электромагнитном калориметре используются кристаллы вольфрамата свинца PbWO4 с фотоумножителями. Для детектора CMS были выбраны именно кристаллы вольфрамата свинца поскольку они имеют маленькую радиационную длину (X0 = 0.89 см) и радиус Мольера (2.2 см), быстрые и радиационно устойчивые.

    Адронный калориметр (HCAL) расположен сразу после электромагнитного калориметра. Калориметр предназначен для регистрации адронов. Он состоит из одной барельной (HB) и двух торцевых частей (HE±), которые находятся внутри магнита, а также имеются внешний (HO), который расположен после сверхпроводящего магнита, и два передних калориметра (HF±). Цилиндрическая часть адронного калориметра (HB) покрывает область псевдобыстрот || < 1.4, внешний калориметр (HO) покрывает область || < 1.26, торцевые калориметры (HE±) покрывают область 1.3 < || < 3.0 а передние калориметры (HF±) покрывают область 3.0 < || < 5.0.





    Соленоидный магнит детектора CMS – самый крупный из когда-либо созданных сверхпроводящих электромагнитов. Он создает магнитное поле 4 Тл внутри цилиндра диаметром 6 м и длиной 12.5 м. С внешней стороны с помощью ярма обеспечивается поле 1.5 – 2 Тл. В таком поле траектории частиц довольно сильно изгибаются, что обеспечивает измерения их кинематических параметров с необходимой точностью.

    Задача мюонной системы является обеспечение идентификации мюонов и точное измерение их импульсов от нескольких ГэВ вплоть до нескольких ТэВ. Мюонная система детектора CMS состоит из барельной части (|| < 1.2), двух торцевых частей (1.2 < || < 2.4) и плоско-параллельных резистивных камер (|| < 1.6).

    Помимо центральных детекторов в эксперименте CMS используются так называемые передние детекторы, которые покрывают области больших псевдобыстрот – калориметр CASTOR (5.15 < || < 6.4) и калориметр нулевого угла ZDC (8 < || < 14).

    Во второй главе дается краткое введение в физику адронных струй и описание различных алгоритмов реконструкции и поиска струй, используемых в эксперименте CMS. Анализируются основные физические и технические эффекты, которые влияют на точность измерения энергии струй.

    Адронная струя – это совокупность элементарных частиц, образованная в результате адронизации кварков или глюонов. Рассеянный партон – участник жесткого взаимодействия, который выбивается из нуклона, начинает излучать глюоны или кварк-антикварковые пары. Последние в свою очередь излучают глюоны, кварк-антикварковые пары и т.д. образуя кварк-глюонный ливень. Далее эти кварки и глюоны объединяются друг с другом, чтобы сформировать наблюдаемые бесцветные адроны. При большом переданном импульсе эти адроны образуют почти коллинеарную струю частиц, чья энергия и направление соответствует энергию и направлению начального партона.

    В эксперименте CMS используются ряд алгоритмов поиска струи, которые отличаются друг от друга механизмами реконструкции струи:

    В эксперименте CMS существуют также различные типы струй, которые отличаются друг от друга входными объектами (ячейки калориметров, треки, реконструированные частицы) при использовании того или иного алгоритма поиска струй.

    В диссертационной работе калибровка выполнялась на примере калориметрических, “Particle-Flow”- и “Jet-Plus-Track”-струй, реконструированных итеративным конусным и анти-kt алгоритмами.

    Существует ряд физических, а также технических эффектов, связанных с регистра-цией событий в установке, которые влияют на точности измерения энергии струи:

    Эти эффекты могут проявляться в различных мерах для разных алгоритмов поиска и типов реконструкции струй. Значение энергии реконструированной струи может в значительной мере отличаться от энергии струи до регистрации в детекторе. Это требует введения поправок к измеренной энергии струи, которая в диссертационной работе выполняется с помощью процесса распада .

    Третья глава посвящена исследованиям кинематических характеристик процесса рождения адронных струй при распаде W-бозона в одномюонных -событиях при энергиях LHC, исследованиям особенностей регистрации отдельных объектов рассматриваемого процесса, разработке критериев отбора событий и обработке экспериментальных данных 2011 года.

    Определение абсолютной шкалы энергии струи с использованием процесса рождения струй при распаде W-бозона базируется на сравнении инвариантной массы этих струй с массой W-бозона (~ 80.4 ГэВ/c2). В качестве процесса, где имеется такой распад, выбран следующий канал:

    (1)

    где пара рождается в жестком pp-столкновении:

    Сечение этого процесса при энергии в системе центра масс взаимодействующих протонов составляет, согласно последним полученным результатам в коллаборации CMS, примерно 23 пб (пикобарн). В основном порядке теории возмущений в конечном состоянии рассматриваемого процесса содержится мюон и соответствующее антинейтрино, две струи легких кварков (“jet”) и две b-струи (“b-jet”) (рис.2). В эксперименте все продукты этого процесса кроме нейтрино регистрируются с высокой эффективностью. Проблема регистрации нейтрино компенсируется реконструкцией недостающей части поперечного импульса ( или =·c) для нулевого баланса поперечных импульсов (“pT”-баланс) конечных продуктов жесткого процесса.

    Рис. 2. Процесс рождения одномюонной пары в жестком pp-столкновении.

    В рассматриваемом процессе присутствуют дополнительные струи, обусловленные высшими порядками теории возмущений, которые создают существенные трудности при идентификации струй основного порядка, в частности, струй от распада W-бозона.



    Pages:   |
    1
    | 2 | 3 |
     
    Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Физике

    Похожие работы:








    наверх


     
    <<  ГЛАВНАЯ   |   КОНТАКТЫ
    © 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

    Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
    Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.