Образование векторных бозонов в сопровождении адронных струй тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат наук Степеннов Антон Дмитриевич

• Степеннов Антон Дмитриевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Степеннов Антон Дмитриевич

2.2. Эксперимент CMS

Трековая система

Электромагнитный калориметр

Адронный калориметр

Мюонные детекторы

Триггерная система

Программное обеспечение

3. Измерение ослабления сигнала в переднем калориметре CMS

3.1. Метод измерения

3.2. Результаты измерения в 2016 году

3.3. Результаты измерения в 2017 году

3.4. Результаты измерения в 2018 году

3.5. Результаты

4. Исследование событий с Z-бозоном и струей, инициированной

с-кварком

4.1. Данные и МК

4.2. Определение сигнала

4.3. Отбор событий

Мюоны

Электроны

Струи

Z-бозон с е-струей

4.4. Веса МК

4.5. Измерение эффективности триггеров

4.6. Измерение числа событий с с-флейвором

4.7. Учет функции отклика детектора

4.8. Неопределенности

4.9. Измерение сечений

4.10. Результаты

5. Исследование электрослабых процессов с векторным бозоном и двумя струями

5.1. Измерение сечений

5.2. Расчет интерференции

5.3. Учет интерференции при измерении сечений

5.4. Результаты

6. Заключение

7. Благодарности

Список литературы

Список рисунков

Список таблиц

1. Введение

Установка CMS [1] на Большом Адронном Коллайдере (LHC) [2] создавалась для поиска бозона Хиггса, проверки предсказаний и уточнения параметров Стандартной модели (СМ), а также поиска явлений, которые не описываются Стандартной моделью. На данный момент открытие бозона Хиггса в 2012 г. остается основным результатом работы экспериментов ATLAS и CMS [3, 4] на LHC, подтверждая существование последней из предсказанных СМ частиц. Несмотря на это существует ряд явлений, которые не предсказаны СМ, например темная материя, для описания которых требуются новые теории.

Существуют разные подходы к поиску новой физики. Первый подход заключается в том, что для новой теории создается модель, с помощью этой модели получаются предсказания для наблюдаемых величин в эксперименте, которые затем сравниваются с результатами измерений. Примерами таких исследований в CMS могут служить поиски суперсимметричных частиц [5-7], частиц темной материи [8, 9], событий с легким [10] или тяжелым [11] бозоном Хиггса. Сложность такого поиска связана с тем, что для выбора наблюдаемых и оптимизации отборов событий используется модель, построенная для конкретной теории.

При другом подходе теории, описывающие новую физику, не используются. Вместо этого выбираются наблюдаемые, с помощью которых можно определить рождение новых частиц: например резонанс в распределении инвариантной массы адронных струй [12] или лептонов [13]. Обнаружение таких резонан-сов напрямую указывало бы на существование частиц, которые не описываются в рамках СМ.

Третий подход заключается в точном измерении процессов, предсказываемых СМ. Как и в первом подходе, исследование заключается в выборе наблюдаемых и сравнении результатов моделирования и измерения. Разница состоит в меньшем числе параметров в СМ по сравнению с новыми теориями. Это поз-

воляет разделить случаи, когда различие измерений и предсказаний связана с неточными значениями параметров СМ, или отклонениями от предсказаний СМ.

В эксперименте CMS проводится большое количество подобных исследований, связанных с точным измерением процессов в СМ:

• Электрослабый сектор В исследованиях электрослабых взаимодействий используются события с W-, Z-бозонами или фотонами. Примерами таких исследований могут служить измерения сечений процессов при энергии столкновения протонов 8 ТэВ с рождением W-бозона [14] или Z-бозона [15] с двумя струями. Также при энергии 8 ТэВ было измерено сечение рассеяния векторных бозонов [16].

• Хиггсовский сектор Изучались как различные распады бозона Хиггса (лептонные [17, 18], адронные [19], распады на векторные бозоны [20]), так и рождение бозона Хиггса совместно с другими частицами (рождение пары кварков tt совместно с бозоном Хиггса [21]).

• Сильные взаимодействия В исследования процессов, проходящих за счет сильных взаимодействий, может быть измерена константа as, как например в анализе инклюзивного рождения W- или Z-бозонов при энергии 7 и 8 ТэВ [22]. Также возможно уточнение партонной функции плотности (PDF) кварков и глюонов, как в измерении дифференциальных сечений событий с двумя струями при энергии 8 ТэВ [23] или в анализе событий с W-бозоном и с-кварком при энергии 13 ТэВ [24].

В основном результаты всех этих исследований хорошо согласуются с предсказаниями СМ. Однако при проведении подобных измерений с более высокой энергией столкновений протонов и большей светимостью возможно обнаружить различия с теоретическими предсказаниями. Такие различия могут указывать как на новую физику, так и на неточные значения параметров СМ. Эта работа

посвящена изучению процессов, описываемых Стандартной моделью, с образованием W- или Z-бозонов и адронных струй.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Образование векторных бозонов в сопровождении адронных струй»

Общая характеристика работы

В диссертации представлены результаты трех исследований: одного методического и двух физических процессов. В разделе 3 представлена методическая часть с результатами измерения ослабления сигнала в переднем калориметре, связанного с радиационными повреждениями кварцевых волокон, для данных, набранных в 2016-2018 годах.

В разделе 4 описывается исследование процессов с образованием Z-бозона и ад-ронной струи, инициированной с-кварком (с-струи). В нем приведены детали измерения интегрального сечения, а также дифференциальных сечений в зависимости от поперечного импульса Z-бозона или с-струи. Показано сравнение с теоретическими предсказаниями, реализованными с помощью Монте-Карло (МК) генераторов.

В разделе 5 описано измерение сечений электрослабых процессов образования векторных бозонов с двумя струями и расчет систематической неопределенности, связанной с интерференцией с КХД процессами.

Научные результаты, выносимые на защиту

• Результаты измерения ослабления сигнала в переднем калориметре CMS из-за радиационных повреждений.

1. Методика измерения ослабления сигнала, связанного с радиационными повреждениями.

2. Величина ослабления сигнала для данных, набранных в 2016-2018.

3. Параметризация изменений сигнала в переднем калориметре, связанных с радиационным повреждением в 2017 и 2018 годах.

• Дифференциальные и полное сечения процесса образования Z-бозона и с-струи, при энергии столкновений протонов 13 ТэВ.

1. Отбор событий с Z-бозоном и с-струей и измерены их распределения по поперечному импульсу Z-бозона и с-струи.

2. Учет функции отклика детектора в измерении распределений событий по поперечному импульсу Z-бозона или с-струи (процедура unfolding).

3. Учет различных источников систематической погрешности и оценка неопределенностей измерения.

4. Сравнение результатов с предсказаниями теоретических моделей, реализованных с помощью нескольких МК генераторов.

• Сечения процессов электрослабого рождения W- и Z-бозонов со струями при энергии 13 ТэВ.

1. Расчет интерференция для процессов электрослабого рождения W-и Z-бозонов со струями и ее учет при измерении сечений этих процессов.

2. Ограничения на параметры аномального трехбозонного взаимодействия.

Научная новизна

• Впервые измерено ослабление сигнала в переднем калориметре CMS для значений набранной светимости ~ 170 фб-1 при энергии столкновения протонов 13 ТэВ.

• Впервые измерены дифференциальное и интегральное сечения событий с образованием Z-бозона и с-струи при энергии столкновений протонов 13 ТэВ.

• Впервые при энергии столкновений протонов 13 ТэВ измерено сечение электрослабого процесса образования W-бозона и двух струй.

• C точностью, превосходящей точность ранее опубликованных результатов эксперимента ATLAS, измерено сечение электрослабого процесса образования Z-бозона и двух струй при энергии столкновений протонов 13 ТэВ.

Теоретическая и практическая значимость работы

Учет радиационных повреждений в переднем калориметре необходим для реконструкции струй, а также для измерения недостающего поперечного импульса. Параметризация изменения сигнала использовалась при наборе данных в 2017 и 2018 годах, поправки к измеренной энергии вносились в процессе набора данных.

Результаты измерения сечения событий с Z-бозоном и с-струей необходимы для поиска процессов, где такие события являются фоновыми, например, суперсимметричная модель с распадом пары суперпартнеров топ кварка на два очарованных кварка и легкие суперсимметричные частицы.

Предсказания генераторов MadGraph и Sherpa во втором порядке теории возмущений для процессов с Z-бозоном и струями хорошо согласуются с данными в случае, когда в событиях требуется наличие струй, инициированных любыми кварками или глюонами. Поскольку предсказания этих генераторов отличаются от данных, когда большая часть струй инициирована очарованным кварком, может требоваться дополнительная настройка для МК генераторов и уточнение партонной функции плотности очарованного кварка в протоне. Дифференциальное сечение получено с учетом функции отклика детектора, что позволяет проверять предсказания разных МК генераторов без полной симуляции взаимодействия частиц с детектором.

Измерение сечений электрослабого рождения W- или Z-бозонов может установить ограничения на отклонения от предсказаний СМ и тем самым указать на новую физику. Так, например, аномальное трехбозонное взаимодействие усили-

вает вклад диаграмм, в которых есть вершины с тремя векторными бозонами. Кроме того, это исследование продемонстрировало возможность нового метода расчета интерференции с помощью генератора MadGraph, позволяющего существенно уменьшить объем получаемой для этого выборки МК и одновременно уменьшить статистическую неопределенность.

Достоверность полученных результатов

Результаты измерений ослабления сигнала многократно докладывались на собраниях групп CMS по калибровке адронного калориметра и работе детектора. Результаты исследований процессов с W- и Z-бозонами докладывались на собраниях группы CMS, занимающейся анализом данных для исследования процессов в рамках СМ, и группы, специализирующейся на анализе струй, инициированных тяжелыми кварками. Исследования прошли проверку экспертной группы CMS, отвечающей за корректное использование статистических методов. Оба исследования процессов с W- и Z-бозонами при подготовке к публикациям проходили широкое обсуждение в коллаборации CMS.

Личный вклад диссертанта

Результаты, вынесенные на защиту, получены автором лично, или про его определяющем участии. Автор принимал участие в работе по калибровке переднего калориметра CMS: измерена величина ослабления сигнала из-за радиационных повреждений в 2016-2018, получены поправочные коэффициенты для данных. Автор также принимал участие в работе международной физической группы в коллаборации CMS по исследованиям в области СМ. Измерение дифференциальных сечений процесса с Z-бозоном и с-струей выполнено автором полностью, включая анализ процессов, защиту результатов как внутри группы, занимающейся СМ, так и при широком обсуждении в коллаборации CMS. В исследовании электрослабого рождения Z- или W-бозонов со струями автором рассчитана интерференция сигнала с фоновыми событиями, включающими

процессы с сильным взаимодействием. Была учтена систематическая неопределенность, связанная с наличием интерференции.

Апробация работы

Результаты исследования процесса образования Z-бозона с c-кварком опубликованы в [25, 26], измерение ослабления сигнала в переднем калориметре описано в [27], в [28, 29] представлены результаты исследования событий с электрослабым рождением векторных бозонов в сопровождении адронных струй. Результаты всех исследований обсуждались на внутренних совещаниях коллаборации CMS, также были представлены автором на следующих конференциях:

• Молодежная конференция по теоретической и экспериментальной физике ИТЭФ (г. Москва, Россия, 29 ноября - 1 декабря 2016 г.)

• 2nd CMS Workshop "Perspectives on Physics and on CMS at НЬ-ЬНС(Варна, Болгария, 29 августа - 1 сентября, 2017 г.)

• XV Курчатовская междисциплинарная молодежная научная школа (г. Москва, Россия, 14 - 17 ноября 2017 г.)

• Молодежная конференция по теоретической и экспериментальной физике ИТЭФ (г. Москва, Россия, 21-23 ноября 2017 г.)

• 20th Annual RDMS CMS Collaboration Conference (г. Ташкент и Самарканд, Узбекистан, 12-15 сентября 2018 г.)

• ICHEP2020: 40th International Conference on High Energy Physics (г. Прага, Чехия, 28 июля - 6 августа 2020 г.)

2. Ускорительный комплекс LHC и установка CMS

Результаты, представленные в этой работе, получены с использованием данных, набранных в протон-протонных столкновениях на LHC в эксперименте CMS. В этой главе приводится краткое описание ускорительного комплекса и некоторых экспериментов на LHC, а также устройство установки CMS.

2.1. Ускоритель частиц LHC

Основным ускорителем в ЦЕРН (Европейская Организация по Ядерным Исследованиям, Швейцария) в настоящее время является LHC, самый мощный ускоритель протонов из существующих [2]. Ускоритель длинной 26.7 километров расположен в тоннеле под землей, на глубине от 45 до 170 метров, на границе Швейцарии и Франции. Ранее в этом тоннеле располагался Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP).

Энергия протонов в центре масс составляла 7 ТэВ в 2011 году, в 2012 году равнялась 8 ТэВ, а для набора данных в 2015-2018 была увеличена до 13 ТэВ, проектная энергия составляет 14 ТэВ. Кроме столкновений протонов, на LHC проводятся исследования процессов столкновений тяжелых ионов, таких как ядра свинца, с проектной энергией 2.8 ТэВ на нуклон, а также исследования реакции столкновений протонов с ионами. Проектная светимость равняется

1 n34 _2 —1 -1 п27 —2 —1

10 см 2сек 1 для протон-протонных столкновений и 10 см 2сек 1 для столкновений тяжелых ионов.

Пучки с протонами, прежде чем попасть в основное кольцо LHC, проходят через несколько дополнительных установок:

• Атомы водорода ионизуются в сильном электрическом поле и ускоряются до « 1.4% скорости света.

• Полученный пучок попадает в линейный ускоритель LINAC 2, где энергия увеличивается до 50 МэВ. Затем полученный пучок протонов попадает в

так называемую систему бустеров - кольцевых ускорителей, в которых накапливаются и увеличивают энергию пучки протонов прежде, чем попасть в основное кольцо ускорителя.

• Первым среди таких ускорителей является бустер протонного синхротрона - PSB, в котором происходят увеличение энергии до 1.4 ГэВ и разделение на сгустки (bunches), в каждом из которых примерно 1011 протонов. Временной интервал между сгустками менялся от 50 до 25 нс, в зависимости от года, когда происходили столкновения.

• После PSB сгустки протонов попадают в протонный синхротрон - PS, в котором энергия протонов увеличивается до 25 ГэВ. Также в PS попадают тяжелые ионы из ускорителя Low Energy Ion Ring (LEIR) во время работы в режиме столкновения тяжелых ионов. Эта установка - первый построенный в ЦЕРН синхротрон, который использовался для ускорения в разное время ядер гелия, кислорода и серы, а также электронов, позитронов или антипротонов.

• На последнем перед попаданием в LHC этапе происходит увеличение энергии протонов до 450 ГэВ в супер-протонном синхротроне - SPS. SPS является вторым после LHC по протяженности ускорителем в ЦЕРН, с длиной 7 км. Ранее использовался как основной ускоритель, в частности при его работе в режиме протон-антипротонных столкновений были открыты Z-и W- бозоны.

• После прохождения системы бустеров протоны попадают в одно из двух колец LHC. Все описанные этапы повторяются, пока не будет достигнуто максимальное число сгустков протонов в LHC (до 2800). Пучки в LHC удерживаются на кольцевой орбите с помощью сверхпроводящих магнитов. После заполнения LHC, пучки с протонами или ионами ускоряются до конечной энергии, при которой происходят столкновения. Вместе с уско-

рением пучки фокусируются, для увеличения числа взаимодействий при их столкновении, хотя для некоторых экспериментов не требуется максимальная светимость, и пучки расфокусируются.

Схема ускорительного комплекса LHC показана на Рис. 1.

В точках столкновений пучков на LHC находятся четыре основные эксперимента:

• ALICE(A Large Ion Collider Experiment) создан для изучения явлений и процессов, происходящих при столкновении тяжелых ионов с высокой энергией, таких как образование кварк-глюонной плазмы.

• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) - многоцелевой детектор, сконструированный как для поиска бозона Хиггса, новой физики и Суперсимметрии, так и для уточнения параметров Стандартной модели. Одной из особенностей конструкции детектора является магнит с полем, способным искривлять траекторию мюонов в разных плоскостях.

• CMS (Compact Muon Solenoid) - универсальный детектор. Области исследований этого эксперимента и эксперимента ATLAS похожи, хотя конструкции, значительно отличается. Конструкция установки CMS подробно описана в следующем разделе.

• LHCb (Large Hadron Collider beauty) - эксперимент, в котором изучаются частицы, содержащие тяжелые кварки. Конструкция LHCb существенно отличается от трех других экспериментов LHC: слои детектирующих устройств располагаются не вдоль радиуса, перпендикулярного оси пучков, а вдоль этой оси - т.н. одноплечевой спектрометр. Такая особенность конструкции связана с тем, что изучаемые установкой частицы, содержащие b-кварки, рождаются преимущественно под небольшим углом к оси пучков.

CERN Accelerator Complex

► p I proton) ► ion ► neutrons ► p (antiproton) ► neutrinos ► electron » ♦ » /antiprotor conversion

LHC Large Hadron Collider 5P5 Super Proton Synchrotron PS Proton Synchrotron

AD Antiproton Decelerator CTF3 Clic Test Facility CNGS Cern Neutrinos to Gran Sasso ISOLDE Isotope Separator OnLine DEvice

LEIR Low Energy Ion Ring LINAC UNear Accelerator n ToF Neutrons Time Of Flight

Рис. 1. Схема ускорительного комплекса.

2.2. Эксперимент CMS

Установка CMS [1] - это детектор общего назначения, целью которого является изучение частиц и процессов, предсказанных Стандартной моделью, а также поиск явлений, выходящих за рамки Стандартной модели. Название связано с относительно небольшими размерами детектора, особенно по сравнению с экспериментом ATLAS.

Установка состоит из нескольких подсистем: адронного и электромагнитного калориметров, мюонной системы, трекера, соленоидального магнита с полем

3.8 Т, системы триггеров и сбора данных, схема показана на рис.2.

Рис. 2. Схема установки CMS.

В центральной части установки детектирующие устройства установлены слоями в виде цилиндров, ось которых совпадает с осью пучков. Торцевая часть детектора состоит из дисков, расположенных перпендикулярно оси пучка. Также на некотором расстоянии от торцевой части находится передний калориметр.

В CMS система координат устроена следующим образом: ось х направлена горизонтально, в сторону центра кольца LHC, ось у - вертикально (вверх), а ось z - вдоль оси пучка. Начало координат находится в центре детектора, там же находится область, в которой происходит столкновение пучков. В исследованиях CMS выделена плоскость ху, как перпендикулярная пучку, компонента импульса в этой плоскости обозначается, как pT, а, например, расстояние в этой плоскости до точки взаимодействия, как р. Также часто используется система координат, в которой одна переменная - азимутальный угол 6 в плоскости ху,

равный arctan(^), а вторая - псевдобыстрота ^ = — ln(tg(|)), где 9 - полярный

угол.

Трековая система

Трековая система CMS (трекер) используется для измерения импульса заряженных частиц по кривизне их траекторий в магнитном поле, а также поиска вершин - точек столкновения протонов и распада образовавшихся частиц. Измерения проводятся в области псевдобыстрот < 2.5, причем наилучшая точность достигается в центральной части | < 0.9). Трекер состоит из двух подсистем - пиксельного и полоскового (стрипового) кремниевых детекторов. Выбор таких детекторов связан с высоким пространственным разрешением и высокой радиационной стойкостью кремния, необходимой для работы в условиях большого количества частиц с высокой энергией.

Пиксельный детектор располагается ближе остальных частей установки к точке столкновения пучков и состоит из 66 миллионов кремниевых сегментов, размером 100х150х285 мкм. В центральной части установлено 3 слоя с такими элементами, с радиусами 4.3, 7.2 и 11 см. В торцевой части слои с пикселями установлены в виде дисков на расстоянии 34.5 и 46.5 см от точки взаимодействия протонов. Суммарная площадь всех слоев этого детектора - 1.1м2.

Следующим за пиксельным находится полосковый детектор. Кремниевые полоски (стрипы) длинной от 10 до 25 см и толщиной от 80 до 180 мкм расположены, как и пиксельный детектор, слоями в виде коаксиальных цилиндров или дисков, в зависимости от диапазона углов. В центральной части находится 10 цилиндрических слоя, радиусами от 25 до 110 см, и длиной до 120 см. В торцевой части находится 12 дисков с максимальным радиусом 110 см и расстоянием до точки столкновения протонов 280 см.

Такая трековая система позволяет измерять траекторию частицы с точностью до десятков мкм.

На на Рис. 3 изображена схема расположения слоев трекового детектора

в CMS.

Рис. 3. Схема расположения слоев трекового детектора внутри верхней правой четверти детектора CMS в плоскости r-z.

Электромагнитный калориметр

Для измерения энергии фотонов и электронов снаружи трековой системы находится электромагнитный калориметр (БОЛЬ). Калориметр состоит из 75848 кристалов вольфрамата свинца (PbW04), которые одновременно являются поглощающим материалом и сцинтиллятором. Каждый кристалл имеет длину 220-230 мм и площадь удаленной от центра детектора поверхности - 22х22 или 28х28 мм, в зависимости от места расположения в детекторе. Выбор материала связан с его радиационной стойкостью, а также небольшим значением радиуса Мольера (2.9 см) и короткой радиационной длиной (0.85 см), что позволяет сделать эту часть детектора компактной. Калориметр состоит из двух частей: в центральной части (ЕВ) проводятся измерения в диапазоне псевдобыстрот < 1.479, торцевая часть (ЕЕ) измеряет электромагнитные ливни с пседвобыстротой 1.653 < < 3.0. Центральная часть разделена на 36 супермодулей, с 1700 кристаллами в каждом, внутренний радиус этой части равен

1.29 м. Торцевая часть состоит из двух дисков (по одному с каждой стороны от точки взаимодействия), с 3662 кристаллами в каждом. Они расположены на расстоянии 3.14 м до точки столкновения протонов.

Чтобы идентифицировать фотоны от распадов нейтральных пионов, перед торцевой частью электромагнитного калориметра находится предливние-вый детектор (ES), регистрирующий такие фотоны в диапазоне псевдобыстрот 1.653 < < 2.6. На Рис.4 изображена схема электромагнитного калориметра и его расположения внутри детектора CMS. Энергетическое разрешение электромагнитного калориметра описывается выражением :

Рис. 4. Схема электромагнитного калориметра и его расположения внутри детектора CMS.

Адронный калориметр

Для измерения энергии адронных струй и достижения герметичности детектора при больших значениях псевдобыстроты используется адронный калориметр (HCAL). Калориметр разделен на 4 части: центральную (HB), торцевую

(1)

(HE), переднюю (HF) и внешнюю (HO) и работает в диапазоне псевдобыстрот

Центральная часть состоит из двух половин, каждая разделена на 16 диапазонов по псевдобыстроте (г^), перекрывая значения 0 < < 1.4. В каждом диапазоне щ детектор разделен по азимутальному углу ф с шагом в 5 градусов

Торцевая часть разделена на 12 диапазонов по псевдобыстроте, перекрывая значения 1.3 < < 3.0. По азимутальному углу НЕ разделен с шагом в 5 градусов для значений номеров диапазонов г^ меньше 21, и 10 градусов для остальных диапазонов

Центральная и торцевая части адронного калориметра состоят из чередующихся слоев поглотителя из латуни и сцинтиллятора.

Энергетическое разрешение НВ и НЕ описывается выражением :

Внешний калориметр находится вне магнитного соленоида, в центральной части мюонной системы, и состоит из слоев сцинтиллятора. Этот детектор работает в диапазоне 0 < | < 1.26 и необходим для уточнения энергии адронных ливней в случае, если не вся энергия адрона с большим поперечным импульсом выделяется в HB.

Передний калориметр CMS состоит из двух частей (по обе стороны от точки столкновения протонов) цилиндрической формы, с внутренним и внешним радиусами 12.5 и 130 см соответственно. По псевдобыстроте калориметр разделен на 13 частей, с диапазоном измерений 3.0 < < 5.2. Эта часть калориметра состоит из стальных клиньев с углом раствора 20 градусов, выполняющих роль поглотителя. Длина каждого такого сегмента 165 см. Параллельно оси пучка клинья пронизывают кварцевые волокна, передающие образующийся в них черенковский свет на считывающие устройства [30]. В переднем калори-

М < 5.2.

W).

(2)

метре используются волокна двух типов: короткие (143 см) и длинные (165 см), расположенные на расстоянии 5 мм друг от друга в шахматном порядке. Передний калориметр CMS является нескомпенсированным : | >> 1, но поскольку короткие волокна, в отличие от длинных, чувствительны только к адронной части ливня, две компоненты ливня могут быть разделены. На Рис.5 показаны клинья с вставленными кварцевыми волокнами [31].

Рис. 5. Стальные клинья с кварцевыми волокнами - части переднего калориметра CMS.

На Рис.6 изображена схема адронного калориметра.

Энергия струй измеряется в адронном калориметре с использованием информации с других частей детектора. Струи восстанавливаются, как кластеры частиц, оставившие сигнал в трекере, электромагнитном и адронном калориметрах (алгоритм Particle Flow) [32]. Для кластеризации используется алгоритм anti-^т [33]: для всех измеренных частиц рассчитывались величины di, и для

Рис. 6. Схема адронного калориметра СМБ.

пар частиц , определенные, как

4,- = тгп(р-Г2гр-Г21)

АЕ2

^ Я2 (к = Р—2

(3)

где АЯ = ^(Ащ)2 + (Афц)2 - это расстояние между частицами в пространстве Г! — ф, Я - параметр струи. В Кип-11 в большинстве исследований использовались струи с параметром Я = 0.4. Работа алгоритма заключается в сравнении ^ и - если наименьшим параметром является ^ для какого то г, то такая частица ассоциируется со струей и исключается из рассмотрения. Если минимальным оказывается параметр , то две частицы с номерами % и у объединяются в кластер, а их 4-импульсы складываются. Такое сравнение заканчивается, когда все частицы оказываются объединены в кластеры - струи.

Мюонные детекторы

Для идентификации мюонов и измерения их импульсов используется мю-онная система, состоящая из детекторов трех типов: дрейфовые камеры, катодные полосковые камеры и резистивные камеры.

Детекторы расположены между слоев стали в возвратном ярме магнита. В центральной части мюонной системы находятся 5 колец, разделенных на 12 секторов, содержащих 4 слоя. В диапазоне псевдобыстрот 0 < < 1.2, где магнитное поле однородно, находятся дрейфовые камеры. Пространственная точность измерения треков мюонов в них максимальна - ~ 100 мкм. Для детектирования частиц в диапазоне с неоднородным магнитным полем 0.9 < < 2.4 установлены катодные полосковые камеры, точность измерения в них составляет ~ 200 мкм. Расположены они в виде дисков, находящихся в торцевой части. И в центральной, и в торцевой частях (^ до 1.6) установлены резистивные камеры. Они обладают хорошим временным разрешением, поэтому используются и для мюонного триггера.

Частицы, которые, преодолев все слои детектора, дают сигнал в мюонных камерах, идентифицируются, как мюоны. Однако для измерения импульса этих мюонов используется, кроме сигнала в самих мюонных камерах, информация из внутреннего трекера установки CMS. Применяются два различных подхода в использовании информации с этих двух подсистем. При первом подходе сначала восстанавливается трек в мюонных камерах, затем результат сравнивается с траекториями, измеренными в трековой системе, и после этого происходит аппроксимация общего для двух частей детектора трека. Мюоны с измеренной таким образом траекторией называются глобальными и используются в случае, если импульс частицы велик - десятки и сотни ГэВ. При втором подходе импульс измеряется в трекере, в котором траектория приписывается мюо-ну. Такие частицы называются трекерными мюонами и используются в случае небольших поперечных импульсов ( < 5 ГэВ ). Для этого траектория предполагаемого мюона экстраполируется за пределы трекера к мюонному детектору. Для идентификации таких частиц, как мюонов, требуется сигнал в мюонных станциях, к которым экстраполирован трек. Это условие накладывает ограничение на минимальный поперечный импульс мюона, при котором он может их достигнуть: 3 ГэВ для центральной области и 0.5 ГэВ для торцевой. При мень-

ших значениях мюон не сможет достичь мюонных камер из-за ионизационных потерь.

Триггерная система

В обычном режиме работы коллайдера LHC происходит около одного миллиарда протон-протонных столкновений в секунду. Сохранить объем информации о таком количестве событий за секунду технически невозможно. При столкновении сгустков протонов с частотой 40 МГц и объемом данных, приходящимся на одно событие, равным 1 МБ, для записи всех событий потребовалось бы 40 ТБ в секунду. Кроме того, большая часть событий является рассеянием протонов с небольшим поперечным импульсом и поэтому не является интересной с точки зрения поиска новой физики.

Для того, чтобы отбирать и записывать только те события, которые представляют интерес, в детекторе CMS используется двухуровневая триггерная система. На первом, аппаратном этапе (L1), происходит отбор событий, в которых содержатся сигналы от разных подсистем детектора, свидетельствующие о возможном наличие в событии различных физических объектов с высокой энергией: мюонов, электронов, фотонов, т-лептонов, недостающего поперечного импульса или адронной струи. Эти сигналы проходят несколько этапов обработки, прежде чем срабатывает глобальный триггер (Global Trigger), принимающий решение о том, может ли событие включать процессы с интересующей кинематикой и топологией. Этот уровень уменьшает объем поступающей от разных подсистем детектора информации до 100 кГц.

На следующем этапе (HLT) на программном уровне обрабатывается информация, поступающяя от L1 триггера. Происходит идентификация физических объектов, и если событие содержит один из заранее установленных наборов объектов (Trigger path), то такое событие записывается на диск и затем может быть считано и обработано. Частота записи новых событий после прохождения HLT равна примерно 400 Гц.

В зависимости от найденных в событии объектов, формируются различные выборки данных, которые сначала записываются на компьютерном кластере в ЦЕРН (Tier-0), откуда выборки распределяются по кластерам, разбросанным по всему миру (Tier-1).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степеннов Антон Дмитриевич, 2021 год

Список литературы

1. Chatrchyan S. et al. The CMS Experiment at the CERN LHC // JINST. — 2008.— Vol. 3. —P. S08004.

2. LHC Machine // JINST. — 2008.—Vol. 3. —P. S08001.

3. Aad G. et al. Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC // Phys. Lett. B. — 2012.— Vol. 716. —P. 1-29. —1207.7214.

4. Chatrchyan S. et al. Observation of a New Boson at a Mass of 125 GeV with the CMS Experiment at the LHC // Phys. Lett. B. — 2012. — Vol. 716. — P. 30-61. — 1207.7235.

5. Sirunyan A. M. et al. Searches for pair production of charginos and top squarks in final states with two oppositely charged leptons in proton-proton collisions at — = 13 TeV // JHEP. — 2018.— Vol. 11. —P. 079. — 1807.07799.

6. Sirunyan A. M. et al. Search for top squarks and dark matter particles in opposite-charge dilepton final states at yfs = 13 TeV // Phys. Rev. D. — 2018. — Vol. 97, no. 3. —P. 032009. —1711.00752.

7. Sirunyan A. M. et al. Search for supersymmetry in events with at least one photon, missing transverse momentum, and large transverse event activity in proton-proton collisions at —s = 13 TeV // JHEP. — 2017. — Vol. 12.— P. 142. —1707.06193.

8. Sirunyan A. et al. Search for dark matter produced in association with heavy-flavor quark pairs in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // Eur. Phys. J. C. —2017. —Vol. 77, no. 12. —P. 845. — 1706.02581.

9. Sirunyan A. M. et al. Search for dark matter and unparticles in events with a Z boson and missing transverse momentum in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // JHEP. —2017.—Vol. 03. —P. 061. — [Erratum: JHEP 09, 106 (2017)]. 1701.02042.

10. Sirunyan A. M. et al. Search for a light charged Higgs boson in the H± ^ cs

channel in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // Phys. Rev. D. — 2020. — Vol. 102, no. 7. —P. 072001. —2005.08900.

11. Sirunyan A. M. et al. Search for lepton flavour violating decays of a neutral heavy Higgs boson to ¡it and er in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // JHEP. —2020. —Vol. 03. —P. 103. —1911.10267.

12. Sirunyan A. M. et al. Search for low mass vector resonances decaying into quarkantiquark pairs in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // Phys. Rev. D. — 2019. —Vol. 100, no. 11. —P. 112007. —1909.04114.

13. Sirunyan A. M. et al. Search for high-mass resonances in dilepton final states in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // JHEP. — 2018. — Vol. 06.— P. 120. — 1803.06292.

14. Khachatryan V. et al. Measurement of electroweak production of a W boson and two forward jets in proton-proton collisions at = 8 TeV // JHEP.— 2016. —Vol. 11. —P. 147. —1607.06975.

15. Khachatryan V. et al. Measurement of electroweak production of two jets in association with a Z boson in proton-proton collisions at y/s = 8 TeV // Eur. Phys. J. C. —2015. —Vol. 75, no. 2. —P. 66. — 1410.3153.

16. Khachatryan V. et al. Study of vector boson scattering and search for new physics in events with two same-sign leptons and two jets // Phys. Rev. Lett. — 2015. —Vol. 114, no. 5. —P. 051801. —1410.6315.

17. Chatrchyan S. et al. Evidence for the 125 GeV Higgs boson decaying to a pair of t leptons // JHEP. —2014. —Vol. 05. —P. 104. — 1401.5041.

18. Khachatryan V. et al. Search for a standard model-like Higgs boson in the

and e+e- decay channels at the LHC // Phys. Lett. B. — 2015. — Vol. 744.— P. 184-207. —1410.6679.

19. Khachatryan V. et al. Search for the standard model Higgs boson produced through vector boson fusion and decaying to bb // Phys. Rev. D. — 2015. — Vol. 92, no. 3. —P. 032008. —1506.01010.

20. Chatrchyan S. et al. Measurement of Higgs Boson Production and Properties

in the WW Decay Channel with Leptonic Final States // JHEP. — 2014. — Vol. 01. —P. 096. —1312.1129.

21. Sirunyan A. M. et al. Observation of ttH production // Phys. Rev. Lett.—

2018. —Vol. 120, no. 23. —P. 231801. — 1804.02610.

22. Sirunyan A. M. et al. Determination of the strong coupling constant as(mZ) from measurements of inclusive W± and Z boson production cross sections in proton-proton collisions at ^s = 7 and 8 TeV // JHEP. — 2020. — Vol. 06.— P. 018. — 1912.04387.

23. Sirunyan A. M. et al. Measurement of the triple-differential dijet cross section in proton-proton collisions at y/s = 8 TeV and constraints on parton distribution functions // Eur. Phys. J. C. — 2017.— Vol. 77, no. 11. —P. 746. — 1705.02628.

24. Sirunyan A. M. et al. Measurement of associated production of a W boson and a charm quark in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // Eur. Phys. J. C. —

2019. —Vol. 79, no. 3. —P. 269. — 1811.10021.

25. Stepennov A. The associated production of vector bosons and jets originating from heavy-flavour quarks and constrain on PDFs in CMS // Proceedings of Science. —2021. —Vol. ICHEP2020. — P. 505.

26. Sirunyan A. M. et al. Measurement of differential cross sections for Z bosons produced in association with charm jets in pp collisions at y/s = 13 TeV // Journal of High Energy Physics. — 2021.— Vol. 04. —P. 109. — 2012.04119.

27. В.Б.Гаврилов, А.Д.Степеннов. Исследование радиационных повреждений в переднем калориметре CMS. // Ядерная физика и инжиниринг. — 2018. — Vol. 9, no. 6. —P. 526.

28. Sirunyan A., et al. Electroweak production of two jets in association with a Z boson in proton-proton collisions at y/s = 13 tev // The European Physical Journal C. —2018. —Vol. 78, no. 7. —P. 589.

29. Sirunyan A., et al. Measurement of electroweak production of a W boson in association with two jets in proton-proton collisions at y/s = 13 TeV // The European Physical Journal C. — 2020.— Vol. 80, no. 1. —P. 43. — 1903.04040.

30. Penzo A., Onel Y. The CMS-HF quartz fiber calorimeters //J. Phys. Conf. Ser.-2009.-Vol. 160.— P. 012014.

31. Akgun U. CMS HF calorimeter PMTs and Xi(c)+ lifetime measurement : Ph. D. thesis / Ugur Akgun ; Iowa U. — 2003.

32. Dordevic M. The CMS Particle Flow Algorithm // EPJ Web Conf.— 2018.— Vol. 191. —P. 02016.

33. Cacciari M., Salam G. P., Soyez G. The anti-&t jet clustering algorithm // JHEP. —2008. —Vol. 04. —P. 063. — 0802.1189.

34. Agostinelli S. et al. GEANT4 — a simulation toolkit // Nucl. Instrum. Meth. A. —2003. —Vol. 506. —P. 250.

35. Dilsiz K. Effects of Aging in the Hadronic Forward Calorimeter on the Vector Boson Fusion Higgs Search : Master's thesis / Kamuran Dilsiz ; Iowa U. — 2013.

36. The CMS hadron calorimeter project: Technical Design Report. —1997.

37. Спектры поглощения волоконных световодов из чистого кварца, облученных 7-квантами от 60Со / В.Б. Гаврилов, М.В. Данилов, В.А. Исаев, и др // Приборы и техника эксперимента. — 1997. — Vol. 40, no. 4. — P. 23.

38. И^ледование отического пропускания кварцевого волокна при воздействии гамма-излучения / Андрияш А.В., Афанасьев А.Н., Домбровский А.В. et al. // Приборы и техника эксперимента. — 2003.— Vol. 46, no. 5. —P. 20.

39. Radiation-Hardness Measurements of High OH- Content Quartz Fibres Irradiated with 24 GeV Protons up to 1.25 Grad / K. Cankocak, M.N. Bakirci, S. Cerci et al. // Nucl. Instrum. Meth. A. — 2008.— Vol. 585. —P. 20-27.

40. Dumanoglu I. et al. Radiation-hardness studies of high OH-content quartz fibres irradiated with 500-MeV electrons // Nucl. Instrum. Meth. A. — 2002. — Vol. 490. —P. 444-455.

41. Andriyash A. et al. Optical transmission of silica fibers exposed to gamma rays // Instrum. Exp. Tech. — 2003.—Vol. 46, no. 5. —P. 596-601.

42. CMS Collaboration. Search for the pair production of third-generation squarks with two-body decays to a bottom or charm quark and a neutralino in proton-

proton collisions at —s = 13 TeV // Phys. Lett. B. — 2018. — Vol. 778.— P. 263. —1707.07274.

43. Sirunyan A. et al. Measurement of associated Z + charm production in protonproton collisions at — = 8 TeV // Eur. Phys. J. C. — 2018.— Vol. 78, no. 4.— P. 287. —1711.02143.

44. Measurement of the associated production of a W boson and a charm quark at — = 8 TeV. —2019. —7.

45. Sirunyan A. M. et al. Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV // JINST. — 2018. — Vol. 13. — P. P05011. — 1712.07158.

46. The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations / J. Alwall, R. Frederix, S. Frixione et al. // JHEP. — 2014. — Vol. 07. — P. 079. — 1405.0301.

47. T. Gleisberg, S. Hoeche, F. Krauss, M. Schoenherr, S. Schumann, F. Siegert, and J. Winter. Event generation with SHERPA 1.1 // JHEP. — 2008.—Vol. 07.— P. 0902. —0811.4622.

48. F. Buccioni, J. Lang, J.M. Lindert, P. Maierhofer, S. Pozzorini, H. Zhang, and M.F. Zoller. OpenLoops 2 // Eur. Phys. J. C. — 2019. — Vol. 79. — P. 866.— 1907.13071.

49. Li Y., Petriello F. Combining QCD and electroweak corrections to dilepton production in the framework of the FEWZ simulation code // Phys. Rev. D. — 2012. —Vol. 86. —P. 094034. —1208.5967.

50. Ball R. D. et al. Parton distributions for the LHC run II // JHEP. —2015.— Vol. 04. —P. 040. —1410.8849.

51. Measurement of the tt production cross section using events with one lepton and at least one jet in pp collisions at —s = 13 TeV // JHEP. — 2017.— Vol. 09.— P. 051. — 1701.06228.

52. Measurement of the tt production cross section using events in the ец final state in pp collisions at —s = 13 TeV // Eur. Phys. J. C. — 2017.— Vol. 77.—

P. 172.-1611.04040.

53. Kidonakis N. Differential and total cross sections for top pair and single top production // Proceedings of the XX International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects. — Bonn, Germany, 2012. — 1205.3453.

54. NLO single-top production matched with shower in POWHEG: s- and ¿-channel contributions / Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re // JHEP. —2009. —Vol. 09. —P. 111. — 0907.4076.

55. Nason P. A new method for combining NLO QCD with shower Monte Carlo algorithms // JHEP. — 2004. — Vol. 11. —P. 040. — hep-ph/0409146.

56. Frixione S., Nason P., Oleari C. Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method // JHEP. — 2007. — Vol. 11.— P. 070. —0709.2092.

57. A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX / S. Alioli, P. Nason, C. Oleari, E. Re // JHEP. — 2010. —Vol. 06. —P. 043. —1002.2581.

58. An introduction to Pythia 8.2 / Torbjorn Sjostrand, Stefan Ask, Jesper R. Christiansen et al. // Comput. Phys. Commun. — 2015.— Vol. 191. — P. 159. — 1410.3012.

59. Khachatryan V. et al. Event generator tunes obtained from underlying event and multiparton scattering measurements // Eur. Phys. J. C. — 2016. — Vol. 76.— P. 155. — 1512.00815.

60. Investigations of the impact of the parton shower tuning in Pythia8 in the modelling of ^ at y/s = 8 and 13 TeV : CMS Physics Analysis Summary : CMS-PAS-TOP-16-021 : 2016. —Access mode: https://cds.cern. ch/record/2235192.

61. Parton distributions with LHC data / Richard D. Ball, Valerio Bertone, Stefano Carrazza et al. // Nucl. Phys. B. — 2013. — Vol. 867. — P. 244. — 1207.1303.

62. Frederix R., Frixione S. Merging meets matching in MC@NLO // JHEP.—

2012.-Vol. 12.— P. 061.— 1209.6215.

63. Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions / J. Alwall, S. Hoche, F. Krauss et al. // Eur. Phys. J. C.-2008.-Vol. 53.-P. 473.-0706.2569.

64. Alwall J., de Visscher S., Maltoni F. QCD radiation in the production of heavy colored particles at the LHC // JHEP. - 2009. - Vol. 02. - P. 017. - 0810.5350.

65. Cacciari M., Salam G. P., Soyez G. FastJet user manual // Eur. Phys. J. C.-

2012.-Vol. 72.-P. 1896.- 1111.6097.

66. Cacciari M., Salam G. P. Pileup subtraction using jet areas // Phys. Lett. B.-2008.-Vol. 659. - P. 119.-0707.1378.

67. Chatrchyan S. et al. Measurement of the inclusive W and Z production cross sections in pp collisions at = 7 TeV with the CMS experiment // JHEP. -2011.-Vol. 10.-P. 132.-1107.4789.

68. Schmitt S. TUnfold: an algorithm for correcting migration effects in high energy physics // JINST.-2012.-Vol. 7.-P. T10003. - 1205.6201.

69. Sirunyan A. M. et al. Measurement of the inelastic proton-proton cross section at y/s = 13 TeV // JHEP.-2018.-Vol. 07.-P. 161.-1802.02613.

70. Czakon M., Fiedler P., Mitov A. Total top quark pair production cross section at hadron colliders through O(of|) // Phys. Rev. Lett. - 2013. - Vol. 110. — P. 252004.-1303.6254.

71. CMS Luminosity Measurements for the 2016 Data Taking Period : Rep. : CMS-PAS-LUM-17-001 / CERN. - Geneva : 2017. - Access mode: https: //cds.cern.ch/record/2257069.

72. Kieseler J. A method and tool for combining differential or inclusive measurements obtained with simultaneously constrained uncertainties // Eur. Phys. J. C.-2017.-Vol. 77.-P. 792.-1706.01681.

73. Effective Field Theory: A Modern Approach to Anomalous Couplings / Celine Degrande, Nicolas Greiner, Wolfgang Kilian et al. // Annals Phys. -

2013.-Vol. 335.-P. 21-32.-1205.4231.

74. Degrande C. et al. Studies of Vector Boson Scattering And Triboson Production with DELPHES Parametrized Fast Simulation for Snowmass 2013 // Community Summer Study 2013: Snowmass on the Mississippi. — 2013. —9. —1309.7452.

75. Chatrchyan S. et al. Measurement of the Hadronic Activity in Events with a Z and Two Jets and Extraction of the Cross Section for the Electroweak Production of a Z with Two Jets in pp Collisions at y/s = 7 TeV // JHEP. — 2013. —Vol. 10. —P. 062. —1305.7389.

76. Performance of quark/gluon discrimination in 8 TeV pp data. — 2013. — 10.

77. Hocker A. et al. TMVA - Toolkit for Multivariate Data Analysis. — 2007. — 3. — physics/0703039.

78. Aaboud M. et al. Measurement of the cross-section for electroweak production of dijets in association with a Z boson in pp collisions at y/s = 13 TeV with the ATLAS detector // Phys. Lett. B. — 2017. — Vol. 775. — P. 206-228.— 1709.10264.

117

Список рисунков

1 Схема ускорительного комплекса................... 14

2 Схема установки CMS.......................... 15

3 Схема расположения слоев трекового детектора внутри верхней правой четверти детектора CMS в плоскости r-z........... 17

4 Схема электромагнитного калориметра и его расположения внутри детектора CMS............................ 18

5 Стальные клинья с кварцевыми волокнами - части переднего калориметра CMS............................. 20

6 Схема адронного калориметра CMS.................. 21

7 Зависимость пропускания света от длины волны, до облучения (1) и после облучения волокон дозой 10 (2), 100 (3), 680 (4) и 1000

(5) Мрад................................. 26

8 Зависимость поглощения света от времени облучения. Интенсивность облучения соответствовала 82 рад/с, разные прямые соответствуют кварцевым волокнам разных производителей...... 27

9 Зависимость поглощения света от длины волны для разных доз

и спустя 170 часов после прекращения облучения.......... 27

10 Изменение величины сигнала в кварцевых волокнах с течением времени для длины волны 450 нм (верхняя кривая) и 610 нм (нижняя кривая). На графике показаны периоды, когда волокна облучались электронами с энергией 500 МэВ (Darkening) и когда

облучение отсутствовало (Recovery).................. 28

11 Распределение энергии для разных диапазонов irj.......... 31

12 Распределение ожидаемого числа протон-протонных взаимодействий при столкновении банчей для разных диапазонов набранной светимости.............................. 31

13 Зависимость средней суммарной в кольце энергии от переменной

Ри..................................... 32

14 Относительное изменение средней энергии от набранной светимости..................................... 33

15 Относительное изменение средней энергии от набранной светимости с учетом нормировки на щ = 30.................. 34

16 Параметризация ослабления сигнала, полученная с учетом измерений в 2012 и 2016 годах........................ 36

17 Относительное изменение средней энергии от набранной светимости с учетом нормировки на щ = 30 для данных 2017 года, с учетом поправок (слева) и без учета поправок (справа). Скачек в районе 15 фб-1связан с изменением в значениях калибровки переднего калориметра.......................... 37

18 Сравнение параметризаций радиационных повреждений, получен-

ных без и с учетом данных 2017 года. Для первых двух точек, отвечающих началу набора данных в 2016 году видно отличие от тренда для остальных точек: это связано с восстановлением прозрачности волокон при отсутствии облучения.......... 39

19 Относительное изменение средней энергии от набранной светимости с учетом нормировки на щ = 30 для данных 2018 года, с учетом поправок (слева) и без учета поправок (справа)....... 40

20 Зависимость радиационных повреждений от набранной светимости для разных диапазонов углов для данных 2012, 2016, 2017 и 2018 годов................................ 40

21 Диаграмма фейнмана для рождения Z-бозона с с-кварком..... 42

22 Распределения рт Z-бозона или с-струи для сигнальных событий на генераторном уровне. Показаны предсказания генераторов MadGгaph для первого и второго порядков теории возмущения, а

также генератора Sherpa для второго порядка теории возмущений. 47

23 Доля событий с рт лидирующего лептона больше 26 ГэВ и <

2.6 среди сигнальных событий без таких ограничений на рт и . 48

24 Распределения рт Z-бозона для мюонного канала распада. Слева график построен для событий с центральной струей, но без требования прохождения Справа - для событий, в которых центральная струя удовлетворяла критериям ....... 53

25 Распределения рт центральной струи для мюонного канала распада. Слева график построен для событий с центральной струей, но без требования прохождения Справа - для событий,

в которых центральная струя удовлетворяла критериям 54

26 Распределения рт Z-бозона для электронного канала распада. Слева график построен для событий с центральной струей, но без требования прохождения Справа - для событий, в которых центральная струя удовлетворяла критериям ....... 54

27 Распределения рт центральной струи для электронного канала распада. Слева график построен для событий с центральной струей, но без требования прохождения Справа - для событий, в которых центральная струя удовлетворяла критериям

................................. 55

28 Эффективности мюонного (сверху) и электронного (снизу) триггеров для заданных диапазонов псевдобыстроты лептона, в зависимости от рт.............................. 58

29 Эффективности мюонного (сверху) и электронного (снизу) триггеров для заданных диапазонов псевдобыстроты лептона, в зависимости от рт.............................. 59

30 Распределение массы вторичной вершины в данных и МК для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов......... 60

31 Распределения msv для разных компонент DY для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов распада. Распределения нормированы на 1 для сравнения формы............... 61

32 Значения нормировки для компоненты с легкими струями в зависимости от рт Z-бозона или струи с c-tag............... 61

33 Значения нормировки для компоненты с с-струями в зависимости

от рт Z-бозона или струи с c-tag.................... 62

34 Значения нормировки для компоненты с b-струями в зависимости

от рт Z-бозона или струи с c-tag.................... 62

35 Распределение рт Z-бозона и струи с c-таггингом после применения найденых нормировок, для событий из мюонного канала распада.................................. 65

36 Распределение рт Z-бозона и струи с c-таггингом после применения найденых нормировок, для событий из электронного канала распада.................................. 65

37 Распределение msv после применения найденых нормировок в зависимости от рт Z-бозона (слева) и струи с c-tag (справа), для событий из мюонного (сверху) электронного (снизу) каналов распада.................................... 66

38 Сравнение распределений msv для компонент с легкими (слева), с- (по центру) и b-струями (справа), для выборок MadGraph LO

и NLO................................... 67

39 Отношение измеренного числа событий с с-флейвором для MadGraph NLO и LO для мюонной моды распада в зависимости от рт Z-бозона (слева) или струи (справа), прошедшей c-tagging......... 68

40 Fiducial purity событий с с-струями в зависимости от рт Z-бозона (слева) или струи, прошедшей c-tagging (справа).......... 69

41 Матрицы отклика для рт Z-бозона (слева) и с-струи (справа), мю-онный канал распада.......................... 70

42 Матрицы отклика для рт Z-бозона (слева) и с-струи (справа), электронный канал распада...................... 70

43 Эффективность отборов событий в зависимости от рт Z-бозона (слева) или с-струи (справа)...................... 71

44 Результаты процедуры unfolding данных, примененные к распределениям рт Z-бозона (сверху) и струи, прошедшей c-tagging (снизу). Слева показаны результаты для мюонного канала распада, справа - для электронного....................... 72

45 Результаты процедуры unfolding МК DY для генератора MadGraph NLO, примененные к распределениям рт Z-бозона (сверху) и струи, прошедшей c-tagging (снизу). Слева показаны результаты для мюонного канала распада, справа - для электронного......... 73

46 Результаты unfolding подвыборки МК DY и сравнение с распределением на генераторном уровне. Слева показано распределение

по рт Z-бозона, справа - с-струи.................... 74

47 Результаты unfolding распределений рт Z-бозона (слева) и с-струи (справа). Для расчета матрицы отклика, эффективности отборов и fiducial purity использовались выборки MadGraph LO и MadGraph NLO............................. 74

48 Зависимость неопределенности эффективности c-tagging от рт Z-бозона (сверху) и с-струи (снизу), для мюонного (слева) и электронного (справа) каналов распада..................... 77

49 Дифференциальные сечения как функция от рт Z-бозона (слева) и с-струи (справа) для мюонного (сверху) и электронного (снизу) каналов распада............................. 80

50 Сравнение дифференциальных распределений для разных каналов и после объединения, как функция от рт Z-бозона (сверху) и с-струи (снизу). ............................ 81

51 Дифференциальное сечение событий с Z-бозоном и с-струей, мю-онный и электронный каналы объединены.............. 82

52 Диаграммы фейнмана для электрослабых процессов с образованием двух заряженных лептонов и двух струй: образование Z-бозона в слиянии W-бозонов (слева), излучение Z-бозона (в центре), мультипериферийное взаимодействие (справа)............ 86

53 Диаграммы фейнмана для электрослабых процессов с образованием заряженного лептона, нейтрино и двух струй: образование W-бозона в слиянии W- и Z-бозонов (слева), излучение W-бозона

(в центре), мультипериферийное взаимодействие (справа).....87

54 Примеры диаграмм фейнмана для процессов с сильным взаимодействием, которые являются фоном к электрослабому рождению двух струй и Z- (слева) или W- (справа) бозонов.......... 88

55 Распределение переменной Z* для событий Wjj (сверху) и Zjj (снизу) для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов..... 92

56 Распределение переменной mjj для событий Wjj (сверху) и Zjj (снизу) для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов. . 93

57 Распределение величины BDT для событий Zjj для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов................. 94

58 Распределение величины BDT для событий Wjj для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов................. 94

59 Распределение pT лептона из распада W-бозона для событий Wjj (сверху) и pT Z-бозона (снизу) для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов.......................... 95

60 Распределения у*(вверху слева), d^jj(вверху справа), mjj (внизу слева) и log(mjj) (внизу справа) для интерференции, полученной

для разных параметров dynamical scale и сигнала для событий Zjj. 99

61 Распределения log(m,jj) (слева) и у * (справа) для интерференции, полученной для разных параметров dynamical scale и сигнала для событий Wjj...............................100

62 Отношение распределений у* (слева) и log (mjj) (справа) для интерференции и сигнала в событиях Zjj................101

63 Отношение распределений у* (слева) и log (nijj) (справа) для интерференции и сигнала в событиях Wjj................101

64 Распределение величины BDT для интерференции, полученной с помощью перевзвешивания сигнальных событий (синяя) и полной симуляции на детекторном уровне выборки, соответствующей интерференции, для электронного (слева) и мюонного (справа) каналов распада для событий Zjj...................102

65 Распределение величины BDT для интерференции и сигнала (слева) и отношение распределений (справа) для событий Wjj.....103

Список таблиц

1 Значения псевдобыстрот щ для разных сегментов переднего калориметра................................ 30

2 Значения ащ для разных диапазонов псевдобыстрот щ...... 35

3 Значения 7^ и 7^ для разных диапазонов псевдобыстрот щ ... 38

4 Сигнальные и фоновые выборки МК и значения сечений, используемые для их нормировки....................... 46

5 Число событий DY с разными требованиями к набору струй. Значения приведены для LO и NLO предсказаний генератора MadGraph. 48

6 Число событий в мюонном канале распада для данных и МК на разных стадиях отборов событий................... 52

7 Число событий в электронном канале распада для данных и МК

на разных стадиях отборов событий.................. 52

8 Число событий в компонентах DY с разными флейворами после применения c-tagging и число событий в данных после вычитания фонов с t-кварком или двумя бозонами................ 52

9 Диапазоны рт Z-бозона и струи, прошедшей c-tagging. Число событий с с-флейвором измерялось отдельно для каждого такого диапазона................................. 60

10 Значения нормировок компонент DY с разными флейворами, найденные из фита распределения msv. Значения приведены для электронного канала для разных диапазонов рт струи, прошедшей c-tagging............................... 63

11 Значения нормировок компонент DY с разными флейворами, найденные из фита распределения msv. Значения приведены для электронного канала для разных диапазонов рт Z-бозона...... 63

12 Значения нормировок компонент ЭУ с разными флейворами, найденные из фита распределения ш^у. Значения приведены для мюонного канала для разных диапазонов рт струи, прошедшей

................................. 64

13 Значения нормировок компонент ЭУ с разными флейворами, найденные из фита распределения т^у. Значения приведены для мюонного канала для разных диапазонов рт Z-бозона......... 64

14 Число ЭУ событий с легким, с- и Ь- флейворами с учетом найденной нормировки, в мюонном и электронных каналах........ 66

15 Систематические неопределенности: интегральные значения. ... 79

16 Систематические неопределенности: максимальное и минимальное отклонение в процентах от центрального значения в большую

и меньшую сторону........................... 79

17 Результаты измерения дифференциального сечения, как функции рт с-струи для электронного и мюонного каналов, а также их объединенных значений. Первая неопределенность соответствует статистической неопределенности, вторая - систематической. ... 83

18 Результаты измерения дифференциального сечения, как функции рт Z-бозона для электронного и мюонного каналов, а также их объединенных значений. Первая неопределенность соответствует статистической неопределенности, вторая - систематической. . . . 83

19 Полное сечение для сигнальных событий, вычисленное, как интеграл дифференциального сечения по рт Z-бозона или с-струи. . . 84

20 Значения сечения для сигнальных процессов Zjj и выборок, соответствующих интерференции сигнальных Zjj событий с фоном. . 98

21 Значения сечения для сигнальных процессов Wjj и выборок, соответствующих интерференции сигнальных Wjj событий с фоном. 98

22 Значения неопределенностей в измерении сечения электрослабого рождения событий Zjj для разных источников............103

23 Значения неопределенностей в измерении сечения электрослабого рождения событий Wjj для разных источников...........104

24 Ограничения на параметры аномального трехбозонного взаимодействия, полученные в исследовании событий с Z-бозоном. . . . 105

25 Ограничения на параметры аномального трехбозонного взаимодействия, полученные в исследовании событий с W-бозоном. . . . 106

26 Ограничения на параметры аномального трехбозонного взаимодействия, полученные с помощью результатов фита для событий

W- или Z-бозоном............................106