Поиск аномального рождения событий с лептонами и фотонами высокой энергии на Теватроне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат физико-математических наук Логинов, Андрей Борисович

• Логинов, Андрей Борисович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Логинов, Андрей Борисович

Введение

1 Мотивация

1.1 Стандартная Модель, Суперсимметрия, или что-то еще?.

1.2 Поиск по виду события.

1.3 Лептон-фотонные события.

1.4 Результаты предыдущей стадии эксперимента, Run I.

1.4.1 Событие-кандидат eejjpT.

1.4.2 Поиск событий вида 77+Х.

1.4.3 От 77 к £у: Поиск событий вида £у + X.

2 Эксперимент CDF на ускорительном комплексе Теватрон

2.1 Теватрон

2.2 Экспериментальная установка CDF.

2.2.1 Координатная система.

2.2.2 Трековая система.

2.2.3 Калориметрия.

2.2.4 Мюонные системы.

2.2.5 Система измерения времени пролета частиц.

2.2.6 Черепковские счетчики светимости.

2.2.7 Триггер и система сбора данных

3 Программный пакет визуализации событий CDF Run II Event Display

3.1 Введение .2G

3.2 Обзор.

3.2.1 Реальные объекты.

3.2.2 Графические объекты.

3.2.3 Виды

3.2.4 Операции над объектами.

3.3 Модульная структура.

3.4 Графический интерфейс

3.5 Контроль данных в процессе сбора.

3.6 Дисплеи.

3.6.1 Виды г — фп г — z.

3.6.2 ВидЛсго.

3.6.3 Трехмерные изображения

3.6.4 Другие виды.

3.7 Реальные события.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поиск аномального рождения событий с лептонами и фотонами высокой энергии на Теватроне»

9.2 Симулированные данные: W7, Z7, IV77 и Z77.70

9.3 NLO/LO поправки ('К-факторы'), примененные к XV Z'y, JV77, Z77 МС . . 70

9.4 Проверки.73

9.4.1 Сравнение образцов на уровне генератора.73

9.4.2 Сравнение образцов после добавления фрагментации и излучения . 74

9.5 Дибозонпыс процессы XV'у и Z0/y* + 7 как источник t*y + X событий.74

9.5.1 Ожидания от W7.74

9.5.2 Ожидания от Z°f7* + 7.76

9.6 Трибозонные процессы IV77 и Z77 как источник £7 + X событий.76

9.6.1 W77.77

9.6.2 Z77.78

9.7 Сумма вкладов от CM XV7, Z7, W77 и Z77.79

9.8 JV7 и Zy. W± —у или Z—>т+т~ где т —> ei^i^ или /i^i^ .80

10 Фон от неверной идентификации 80

10.1 Неверно идентифицированные фотоны ('лже-фотоны').81

10.1.1 Лже-фотоны из адронных струй.81

10.1.2 Лже-фотоны из тормозного излучения электронов.83

10.2 Неверно идентифицированные электроны ('лже-электроны') .85

10.2.1 Лжс-электроны из фотонных конверсий.86

10.3 КХД ('не-VV/Z') фон .88

10.3.1 'Не-VV/Z'образец.89

10.3.2 Метод оценки КХД ('He-W/Z') фона.89

10.3.3 Результаты оценки КХД ('не-W/Z') фона.92

10.3.4 Модифицированный метод оценки КХД ('ne-W/Z') фона.92

10.3.5 КХД ('не-17') фон для W .95

10.4 \V —>tv, где т —>ри, и затем р->7г7г°.95

11 Систематические ошибки 97

11.1 Экспериментальные систематические ошибки.97

11.2 Теоретические систематические ошибки .97

11.2.1 Масштаб факторизации.97

11.2.2 Выбор PDF (функции распределения партонов).97

11.2.3 К-фактор.98

11.3 Систематическая ошибка в определении светимости .99

12 События £7 + X в данных 99 12.1 Определение категорий событий по топологии.99

12.2 Число обнаруженных событий.101

12.3 Временная стабильность £7 событий .105

13 Сравнение числа обнаруженных и ожидаемых £7 событий 107

13.1 .ЮТ

13.2 ££7.111

13.3 £77.116

Заключение 116

Благодарности 118

А Приложение 119

А.1 Список Лептон-Фотонных событий.119

А.2 Дополнительные распределения для событий вида .123

А.2.1 Распределения для /гу]Ет.123

А.2.2 Распределения для е7^т.123

А.З Дополнительные распределения для событий вида ££j.127

А.3.1 Распределения для щл'у.127

А.3.2 Распределения для ее7.127

А.4 Графики стабилыюсти для Zj и Wj.133

А.5 СМХ и CMUP мюоны: сравнение изоляционных переменных.134

А.6 Проверка событий вида /л/л7, 'не-Z' фоны .135

Список иллюстраций

1.1 Резонантное рождение емюона и последующий распад: событие вида /гу]Ет . . 6

1.2 Событие-кандидат ее77^т из данных Run I.7

2.1 Схематический вид ускорительного комплекса Теватроп в лаборатории Фер-милаб.10

2.2 Продольный разрез экспериментальной установки CDF (Глава 2.2,1).12

2.3 Трековая система эксперимента CDF.15

2.4 Кремниевый трековый детектор.1G

2.5 Слои центральной дрейфовой камеры (СОТ).16

2.6 Секции CEM/CES/CHA.19

2.7 Проволоки и стрипы CES.19

2.8 Схематический вид PEM/PES/PHA.19

2.9 U и V слои в PES.19

2.10 г-ф вид модуля CMU .21

2.11 Расположение мюонных детекторов по ф и г/.22

2.12 Центральная мюонная система: CMU, CMP, СМХ.22

2.13 Диаграмма триггерной системы эксперимента CDF.25

3.1 Графический интерфейс CDF Run II EVD.31

3.2 Графическая панель ограничений.32

3.3 СОТ Дисплей (Вид г - ф) .33

3.4 RZ Дисплей (Вид г - z).34

3.5 Лего дисплей: Ет как функция rj — ф.35

3.6 Трехмерное изображение события и геометрии детектора CDF.36

3.7 Реальные события (интернет-страница для широкой публики) .37

4.1 Светимость L во временных интервалах стабильности.41

5.1 Распределение по rj — ф для мюонов.46

5.2 Контрольный образец Z° —> .50

5.3 Графики стабильности для Z0 —»и W± —»/х±v.52

6.1 Распределения для электронов, недостоверных на основе положения a CES . . 56

6.2 Контрольный образец Z0 —> е+е~ .60

6.3 Контрольный образец Z0 —> е+е~ для электронов в торцевом калориметре . . 61

6.4 Графики стабильности для Z0 —> е+е~ и W± —> e±v.63

7.1 Распределения переменных для Z0 —> е+е~ и с + '7' образцов.68

9.1 Интегральное поперечное сечение из MadGraph и СОМРНЕР для evy и е+е~7 73

9.2 Интегральное поперечное сечение из MadGraph и СОМРНЕР для W77 и Z77 74

9.3 Кинематические распределения для мюонного канала: MadGraph и Baur . 75

9.4 Диаграммы для рождения Z7 и Wj .76

10.1 Распределение dN/dE^ относительно для струй в W-образце и j-образце 82

10.2 Лже-фотопы из адронных струй: (a) Fqcd', (Ь) вероятность идентификации струи как фотона /^яш?.^

10.3 Число и спектр ожидаемых событий с лже-фотонами из адронных струй . 84

10.4 Распределения для одинаково и противоположно заряженных е+е~ пар . 87

10.5 Распределения для одинаково и противоположно заряженных е+е~ пар для МС 87

10.6 Сравнительные распределения для электронов из 'не-W/Z' образца и Z . . 90

10.7 Сравнительные распределения для мюонов из 'nc-W/Z' образца и Z.91

10.8 Проверка предположения одинаковой структуры подложки события.92

12.1 Распределение по инвариантной массе е'у для событий, в которых один лептон и один фотон, угол между которыми менее 150°.100

12.2 Электрон-фотонный образец: категории инклюзивных 67 + X событий . 102

12.3 Мюон-фотонный образец: категории инклюзивных цу + X событий.103

12.4 Лептон-фотонный образец: категории инклюзивных £у + Х событий.104

12.5 Графики стабильности для /ryJ£T и fi^i-y .105

12.6 Графики стабильности для су и ее7.106

13.1 Распределения для событий в образце .108

13.2 Распределения для событий в образце /гу}£т.109

13.3 Распределения для событий в образце е-у]£т.110

13.4 Распределения для событий в образце ll~i.112

13.5 Распределения для событий в образце .113

13.6 Распределения для событий в образце ее7.114

13.7 Распределения по потерянной поперечной энергии, J£T, для событий вида ££j 115

А.1 Дополнительные распределения для .124

А.2 Дополнительные распределения для е7^т.125

А.З Дополнительные распределения для е7^т: Продолжение .126

А.4 Дополнительные распределения для д/гу.128

А.5 Дополнительные распределения для /^7: Продолжение.129

А.6 Дополнительные распределения для цц-у: Продолжение.130

А.7 Дополнительные распределения для eej.131

А.8 Дополнительные распределения для ееу. Продолжение.132

А.9 Графики стабильности для Zj и Wj.133

А.Ю Распределения для СМХ и CMUP мюонов.134

А.11 Число переходов для д/гу и ^7)£т.136

Список таблиц

1.1 Наблюдаемые события и предсказания в рамках СМ для 77 + X в Run I . . . 8

1.2 Результаты поиска £7 + X в Run I.9

2.1 Основные параметры трековой системы эксперимента CDF.14

2.2 Сегментация калориметра установки CDF.17

2.3 Центральный и торцевой калориметры CDF.17

2.4 Мюонныс детекторы CDF .21

4.1 Временные интервалы, используемые для проверки стабильности работы подсистем установки и набора данных.40

5.1 Критерии идентификации мюонов.44

5.2 Строгие критерии отбора для CMUP и СМХ мюонов.45

5.3 Критерии отбора для бессегментных мюонов .47

5.4 Мюонныс триггерные эффективности и поправки.48

5.5 Критерии отбора для контрольного образца Z0 —> .49

5.6 Критерии отбора для контрольного образца W± —> p^v.49

5.7 Z° —► сравнение данных с Z0 —► МС.51

5.8 Числа событий для мюонпого образца.51

6.1 Критерии идентификации электронов в центральной части калориметра . 53

6.2 Критерии идентификации электронов в торцевой части калориметра .54

6.3 Центральные электроны по мере применения идентификационных требований 55

6.4 Дополнительные электроны в торцевом калориметре по мере применения идентификационных требований .58

6.5 Электронные триггерные эффективности и поправки .58

6.6 Критерии отбора для контрольного образца Z° —> е+е~ .59

6.7 Критерии отбора для контрольного образца W^ —► е±и .62

6.8 Z0 —> е+е~: сравнение данных с Z° —» е+е~ МС .62

6.9 Числа событий для мюонпого образца.64

7.1 Критерии идентификации фотонов в центральной части калориметра.65

7.2 Центральные фотоны по мере применения идентификационных требований . 66

9.1 Кинематические критерии, использованные для создания IV'у, Zу, Wуу и Zyy 71

9.2 IV7, Z7, W77 и Z77 MadGraph образцы.72

9.3 Wy и Zy Baur образцы.72

9.4 Предсказания от CM Wy для еу + X и \iy + X.77

9.5 Предсказания от CM Zy для еу + X и цу + X .78

9.6 Предсказания от CM Wyy для еу + X и цу + X .79

9.7 Сумма вкладов от CM Wy, Zy, W77 и Zyy.80

9.8 Сумма вкладов СМ от ту событий (распады Wy и Zy в тау канал).81

10.1 Ожидаемое число событий с лже-фотонами из адронных струй в разных подкатегориях .85

10.2 Оценка числа событий с е —► у лже-фотонами для различных категорий . 86

10.3 Разбитие событий с одинаково заряженными электронами в Z0 —► е+е~ образце 88

10.4 Число событий в различных регионах трековой изоляции для различных образцов .93

10.5 КХД фон. Поэтапное вычисление.94

10.6 КХД фон: с вычетом вклада от j —> 7 лже-фотонов. Поэтапное вычисление. . 94

10.7 КХД фон: с вычетом вкладах2 от j —> 7 лже-фотонов. Поэтапное вычисление. 94

10.8 Оценки КХД (ne-W/Z) фона для и ££у. Окончательный результат . 95

10.9 Оценки КХД (не-W/Z) фона для W .96

11.1 Обзор экспериментальных систематических ошибок для £у.98

11.2 Систематические ошибки на генерацию Zy, Wy, Zyy и W77.99

13.1 События вида 1уэкспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.107

13.2 События вида ££у. экспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.111

13.3 События вида £77: экспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.116

А.1 Список событий вида /Х7^т.119

А.2 Список событий вида /х/гу .120

А.З Список событий вида е7^т.121

А.4 Список событий вида есу.123

Введение

Стандартная Модель (СМ) [1] физики элементарных частиц - теория, описывающая взаимодействия элементарных частиц: тысячи сечений рождения и ширин распадов, измеренных на различных экспериментах [2], объясняются в рамках СМ.

Тем не менее, стоит заметить, что в СМ не включено гравитационное взаимодействие, и ожидается, что СМ является теорией, работающей при относительно низких энергиях, тогда как при энергиях порядка ТэВ возможно проявление новых эффектов [3] за пределами СМ. Другой потенциальный недостаток СМ - отсутствие частиц, которые могли бы стать кандидатами для темной материи. Бозон хиггеа - последняя из частиц в СМ, ис обнаруженная экспериментально [3]. При расчете массы бозона хиггеа вычисления петлевых поправок 1 расходятся квадратично. Проблема иерархии [4] - еще один открытый вопрос в СМ.

Существуют различные подходы к решению проблем СМ. Например, для решения проблемы иерархии бозон хиггеа полностью удаляется из теории (Техпицвет [5]), или ноле хиггеа включается в расширенную группу симметрии (Суперсимметрия [6]).

Ускорительный комплекс Теватрон в лаборатории Фермилаб, на котором осуществляются столкновения протонов (р) и антипротонов (р), на сегодняшний день обладает наибольшей энергией в центре масс, ^fs = 1.96 TeV. Новый эксперимент, Run II, результаты которого представлены в диссертации, отличается от предшествующих экспериментов прежде всего более высокой энергией столкновения пучков, обновленным ускорительным комплексом, более высокой светимостью, а также улучшенным детектором. Изучение столкновений при таких энергиях может привести к открытию физики за пределами СМ, так называемой Новой Физики (НФ). Совместное рождение двух калибровочных векторных бозонов рассчитывается в рамках СМ, и в событиях такого вида следует искать рождение новых частиц, которые могут быть связаны с калибровочным сектором СМ (например, свойства t кварка изучаются в рождении it, и распадом t —> Wb).

Часть СМ, известная как теория электрослабых взаимодействий [7], объединяет электромагнитные и слабые взаимодействия. Переносчики взаимодействий, фотон (7) и массивные заряженные \\г± и нейтральный Z бозон, - фундаментальные частицы в этой теории.

Таким образом, поставленная задача - проверка СМ при максимально доступной энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, W±.

В этой диссертации сообщается о результатах поиска событий i-y+X в эксперименте Run II на данных с общей светимостью 305 рЬ~г, при энергии столкновения протон-антипротонных пучков, рр, 1.96 TeV, и улучшенной установкой, детектором CDF II. Кинематические критерии отбора установлены заранее, a priori, и соответствуют критериям, использованным в анализе, сделанном на предыдущей стадии эксперимента, Run I, в котором наблюдалось рас

В англоязычной терминологии loop corrections хождение между предсказаниями в рамках СМ и экспериментальными данными для событий вида [8, 9].

Для поиска НФ необходимо понимание предсказаний СМ. В диссертации представлены результаты поиска аномального рождения событий, содержащих заряженный лептон (£, с или д) и фотон (7) высокой энергии. События включают в себя дополнительные объекты, X, такие как потерянная поперечная энергия (JST), а также дополнительные лептоны и фотоны. Используется техника поиска по виду события: для выбранного типа события оценивается вклад от процессов СМ, учитывается неверная идентификация тех или иных объектов в детекторе, и затем проверяется, описывает ли СМ результат, полученный экспериментально.

Основные результаты диссертации опубликованы в [10,11]. Изучение рождения IV7 и Z7 па эксперименте CDF опубликованы в [12]. Материалы, изложенные в диссертации, представлены на многих конференциях и семинарах. Статус поиска событий вида £^/-\-Х представлен на конференции Американского Физического Общества (APS, Philadelphia, 2003 г.). Позже, поиск был анонсирован SUSY сообществу на конференции по Суперсимметрии (SUSY, Tucson AZ, 2003 г.) [13]. Результаты поиска £7 + X были представлены на конференции по Суперсимметрии (SUSY, Durham, 2005 г.) [14], Международной Школе Субъядерной Физики (Erice, 2005) [11], Зимнем Инситуте в Лэйк Луиз (2006, Canada) [15], конференции НСР (2006, Durham, USA) [16], SUSY'06 [17], ICHEP'06 [18]. Также материалы диссертации были представлены на совещании сотрудничества CDF (Sitges, 2005) и на совещаниях рабочих групп по экзотике, физике фотонов, и сверхэкзотичных явлениях.

На Международной Школе Субъядерной Физики (Erice, 2005) диссертант был удостоен награды за оригинальную работу в экспериментальной физике за доклад 'Поиск Новой Физики в событиях с фотонами'. Эта работа прорецепзивовапа и принята к публикации в EPJ С [И] лауреатом Нобелевской Премии 1999 года, G. t'Hooft.

Результаты поиска аномального рождения событий, содержащих заряженный лептон {£, е или j.i) и фотон (7) высокой энергии, были представлены на семинарах в Университете Санта-Барбара и в Университете Рочестера, а также были рецензированы многими институтами, входящими в состав сотрудничества CDF, среди которых Университет Чикаго (UC), IPP Канада, Университет Duke, Лаборатория Беркли (LBNL), СНЕР Корея, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн (UIUC), а также лаборатория Фермилаб.

Один из наиболее важных инструментов для понимания событий, которые могут оказаться проявлением НФ, это программный пакет визуализации событий CDF Run II Event Display (EVD) [19, 20]. EVD широко используется как для анализа данных, так и для контроля данных в процессе сбора [21]. Развитие и поддержка программного пакета EVD - важный вклад группы ИТЭФ в эксперимент CDF. Диссертант является лидером этого проекта [22].

Диссертация состоит из введения, тринадцати глав, заключения и приложения.

Заключение диссертации по теме «Физика высоких энергий», Логинов, Андрей Борисович

Результаты работы трех независимых генераторов матричных элементов основного порядка сравниваются для проверки надежности предсказаний.

Для всех каналов, Z7, W77 и Z77 (электронная мода, мюонпая мода) наблюдается хорошее согласие между результатами MadGraph и СотрНер. Поскольку эти два генератора сильно отличаются технически (в MadGraph используется прямой метод вычисления амплитуд 3, тогда как в СотрНер используется символьная оценка квадрата матричного элемента), согласие между ними дает доверие к полученным предсказаниям.

На Рисунке 9.1 показаны сечение рождения относительно Ет фотона для MadGraph и СотрНер Wj и Z7 образцов [81, 82].

На Рисунке 9.2 показаны сечение рождения относительно Ет фотона для MadGraph и СотрНер IV77 и Z77 образцов [81, 82]. Дополнительные проверки для всех трех МС образцов, использованных для предсказаний СМ, проведены для симулированных данных в [89] на ранней стадии физического анализа. После этого программный пакет симуляции и рекон

3В англоязычной терминологии helicity amplitude calculation

10

W yy у 1 ,y2 Et integrol spectro Tight Cuts ei: Et>25 IrjKI.O v\ Et>25 I77K6.O qH Et>25 hjlO.O g2: Et>12 hjl<2.5 4R > 0.4

71

MadGroph COMPHEP j

20 40

60 80 100 120 140 160 180 200 ET(Gamma) (GeV)

10'

10' ш X> \ b "°10

Zyy yl

MadGroph COMPHEP 1 20 y1,y2 Et integral spectra

Tight Cuts: ei: Et>25 ItjKI.O e2' Et> 12 h]K2.b ql: Et>25 I77KI.O gZl B>12 lnl<2.5 AR > 0,4

71

40 60 80 100 120 140 160 180 200

ET(Gomma) (GeV) a) ei/77 (b) e+e 77

Рис. 9.2: Интегральное поперечное сечение в аттобарнах (Ю-3 фб или 10с пб), из генераторов MadGraph и СОМРНЕР при энергии рр 1.96 GeV относительно Ет фотона для (а) рождения W77, (Ь) рождения Z77. Показано сечение рождения высокоэнергетичного фото-па с порогом Ех (7I) и второго фотона (72) [81, 82]. струкции был обновлен, и результат сравнения двух из трех генераторов, MadGraph и Baur, показан ниже на Рисунке 9.3.

9.4.2 Сравнение образцов после добавления фрагментации и излучения

Подробное сравнение предсказаний из MadGraph и Baur генераторов, произведенное впервые для эксперимента CDF, стало темой отдельной внутренней статьи CDF [90, 80]. К примеру, полученные распределения для мюонпого капала Z7 показаны на Рисунке 9.3.

9.5 Дибозонные процессы W^ и как источник X событий

9.5.1 Ожидания от Wy

Рождение W7 было основным СМ источником для событий вида £7^ с кинематическими требованиями ly+Х анализа на предыдущей стадии эксперимента в Run I [28]. В Run I вклад Wy составлял 1.93 ± 0.26 событий из 3.41 ± 0.34 в канале еу$т, и 1.99 ± 0.27 из 4.23 ± 0.46 в канале /.lyfij. Следовательно, крайне важно, чтобы предсказания для Wy было надежным. а) Ет 1-го лептона, GeV (b) Ет 2-го лептона, GeV с) Ет фотона, GeV

Uptonfl!) d) у 2-го лептона е) г/ 2-го лептона f) 77 фотона g) М(Z), GeV h) дф(ее) i) M(Z7), GeV

Рис. 9.3: Кинематические распределения для мюонного капала: MadGraph и Baur на уровне генератора. MadGraph (точки) и Baur (полные точки) с идентчиными кинематическими критериями [90].

Фотон может излучаиться из одного из взаимодействующих кварков в начальном состоянии, заряженного бозона (IF), или же из лептона в конечном состоянии, как показано на Рисунке 9.4. Детальная информация о кинематических распределениях и сечениях для ди-бозонных и трибозоппых процессов приведена в [81].

Предсказания для е'у и ^7 событий, удовлетворяющих используемым критериям отбора, 1

ЛУ\Л' ''—-fW?

7/;'*( W

•Л/Ч/У л/х/^т

•У

Рис. 9.4: Древесные диаграммы для рождения Zy и IV7. для С = 305pb~l от рождения Wy приведены в Таблице 9.4 для MadGraph и Ваиг генераторов. Ошибки для вкладов СМ включают неопределенность на функцию распределения партопов (PDF), используемую для моделирования событий (5%), масштаб факторизации (2%) и К-фактор (3%), ошибку от сравнения различных МС генераторов (~ 5%), и ошибку в определении светимости (6%) (Глава 11).

9.5.2 Ожидания от Z°Jy* +7

Процесс рр—>Z°/y*+7 также один из основных СМ источников фона для поисков НФ в событиях вида ly + X. Фотон может быть излучен из налетающих кварков, или же из лсптонов, как изображено па Рисунке 9.4. Детальная информация о кинематических распределениях и сечениях для Zy приведена в [81].

Предсказания для еу и ру событий, удовлетворяющих используемым критериям отбора, для С = 305pb1 от рождения Zу приведены в Таблице 9.4 для MadGraph и Ваиг генераторов. Ошибки для вкладов СМ включают неопределенность на функцию распределения партонов (PDF), используемую для моделирования событий (5%), масштаб факторизации (2%) и К-фактор (3%), ошибку от сравнения различных МС генераторов 5%), а также ошибку в определении светимости (6%) (Глава 11).

9.6 Трибозонные процессы W77 и Z77 как источник + Х событий

Хотя вклад трибозоппых процессов Wyy и Zyy мал, для событий вида lyy это наибольший истинный вклад от СМ (помимо истинного вклада, есть неверные детекторные измерения, которые также могут приводить к событиям типа lyy). Наблюдение событий такого типа в а? г? £ к а; 1 x о с? 0 V V

Wj, электронный канал

MadGraph 15.3±0.99 1.61±0.32 13.6±0.93 0±0.042 0±0.042

Baur 15.9±1.31 2.05±0.47 13.8±1.21 0±0.069 0±0.069

Среднее 15.60±0.82(шао ±1.7(W) 1.83±0.28(»tat) ±0.48(sys) 13.70±0.76(stat) ±1.41(Sye) 0.0±0.040(stat) ±0.0(sys) 0.0±0.040(slat) ±0.0(sys)

W7, мюопный канал

MadGraph 10.4±0.77 1.97±0.34 8.44±0.70 0±0.042 0±0.042

Baur 10.8±0.95 1.56±0.36 9.25±0.88 0±0.059 0±0.059

Среднее 10.60±0.61(»ш, ±1.18(sys) 1.77±0.25(stat) ±0.45(8у9) 8.84±0.56(stat) ±1.23(9У9) 0.0±0.036(Stat) ±0.0(sys) 0.0±0.036(9tat) ±0.0(ЯУ3)

Заключение

Обобщая сказанное выше, был произведен поиск физики за пределами Стандартной Модели (СМ) при максимально доступной на сегодняшний день энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, IV±. Областью исследования стали события вида + X, содержащие лептопы и фотоны высокой энергии, рождение которых возможно в разных моделях Новой Физики (НФ), таких как Суперсимметрия (SUSY) или Дополнительные Измерения (LED). Следовательно, на первую роль выходит хорошее понимание СМ, 'фона' для событий такого вида в рамках НФ.

В частности, на экспериментальных данных Run II был осуществлен поиск аномалии, обнаруженной в событиях вида £7 + X па предыдущей стадии эксперимента в Run I, где в дополнение к редкому в рамках СМ есуу)5Т событию наблюдалось разногласие между экспериментальными данными и предсказаниями СМ. В исследовании, ставшем темой диссертационной работы, использованы заранее установленные кинематические критерии отбора событий вида fy + X для существенно большего образца данных, взятых на улучшенной экспериментальной установке при большей энергии столкновения pp.

Важный вывод, основанный на анализе новых данных, состоит в том, что уровень превышения числа обнаруженных событий в Run I над предсказаниями СМ в событиях типа составивший 2.7 сг, оказался статистической флуктуацией. В случае, если отношение числа обнаруженных и ожидаемых событий для £у]£т в данных Run I, 16/7.6, осталось бы на прежнем уровне, найденное превышение в 2.7 а в этом канале привело бы к обнаружению 78±11 событий в данных Run И, тогда как экспериментально обнаруженное число событий составило 42.

Установлено, что число событий в подкатегориях £7 и ££у £у + Х образца соответствует предсказаниям СМ. Не обнаружено таких событий, как Run I событие-кандидат ес77 и, как более общее наблюдение, не найдено ££у событий с аномально большой потерянной поперечной энергией или же с дополнительными фотонами.

Тем не менее, обнаружено, что в событиях вида в данных Run II, число экспериментально обнаруженных событий несколько превышает СМ предсказание. Возможно, что теоретические вычисления на древесном уровне (LO) с поправкой на К-фактор (NLO), зависящий от эиергии фотона и от инвариантной массы дилептонов, для дибозонных каналов И/7 и Zn/7* + 7) в которых содержится множество диаграмм, включая излучение из начального состояния, недостаточно точны для описания имеющихся экспериментальных данных.

С другой стороны, обнаружено небольшое число событий 'на хвостах' кинематических распределений, там где ожидание в рамках СМ крайне мало. Эти события вносят вклад в превышение числа наблюдаемых событий над СМ ожиданием, точно так же как и событие ее77 в Run I поиске событий вида £у+Х. Для того чтобы узнать, являются ли эти события редким фоном, или же чем-то новым, требуются новые данные.

Планируется, что к концу эксперимента Run II будет набрано в 10-20 раз больше данных, чем представлено в диссертации. Большая статистика потребует улучшенного понимания фонов, равно как и лучших оценок рождения Wy и Z°/7* +7 в рамках СМ, т.к. доминирующей ошибкой станет систематическая, что включает в себя теоретическую систематическую ошибку. Другая ошибка - неопределенность в оценке вероятности того, что адроппая струя будет неправильно идентифицирована как фотон, на данный момент также ограничена статистикой и впоследствии будет существенно улучшена для новых данных. Таким образом, надежное теоретическое предсказание Z0/7* + 7 и Wy выйдет на первый план.

Подводя итог сказанному выше, хотя в новых данных не найдено событий, подобных ee77j£T, и разногласие между данными и теорией для кУДа менее значимо, чем для данных Run I, дан ответ на вопрос, вызвавший большой интерес в среде физиков-теоретиков. Исследованные каналы остаются интересными и важными для проверки положений СМ, и наработанные для анализа методики, а также приобретенные знания будут полезными для поисков НФ в этом канале как на большем образце данных на Теватроне, так и на данных при большей энергии столкновения на LHC.

Благодарности

В первую очередь хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю А.А.Ростовцеву за поддержку и критику, а также за предоставление прекрасных условий для плодотворной научной работы, без чего выход данной работы был бы невозможен,

Особую благодарность хочу выразить лидеру группы Университета Чикаго в сотрудничестве CDF H.J. Frisch за совместную работу над физическим анализом и выпуском статей, а также за помощь в организации моих визитов в CDF и предоставленные возможности для доклада результатов на конференциях.

Я благодарен Э.Э. Боос Л.В. Дудко, А.С. Беляеву и А.В. Шерстневу за их поддержку и развитие СошрНер, а также Т. Steltzer, S. Mrenna, и F. Maltoni за развитие и поддержку MadGraph и Pythia. U. Baur оказал большую помощь с Baur МС, а также предоставил Кофакторы для лучшей оценки Zy и Wy СМ предсказаний. Мне приятно поблагодарить своих коллег И.Шрсйбср, S. Levy, С. Pilcher, А.Парамонова, и С. Wolfe за помощь в подготовке данных для анализа, а также активное участие в обсуждении методик и результатов.

Я считаю своим долгом поблагодарить сотрудников CDF К. Copic, R. Culbcrtson, М. Гончарова, Н. Hayward, В. Heineinann, Н. Gerberich, A. Goshaw, М. Kirby, Д.Литвинцева, J. Nacht-man, А. Сафонова, Т. Shears, R. Tafirout, S. Thompson, D. Toback, J. Tsui, S. Tsuno, S.M. Wang, и Un-Ki Yang за их вклад в работу.

Я признателен S. Arcelli, R. Blair, R. Moore, A. Sidoti за их помощь в подготовке публикаций. Я благодарен рецензентам PRL и EPJ С за их отзывы о публикациях, а также редакторам, R. Garisto и G. Dimler, за помощь в публикации результатов. Я признателен G. t'Hooft за обзор моей рукописи для публикации в EPJ С.

Я рад возможности выразить благодарность преподавателям МФТИ и ИТЭФ за полученные знания и за привитую любовь к физике элементарных частиц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Логинов, Андрей Борисович, 2006 год

1. S.L. Glashow, Nucl. Phys. 22 588, (1961); S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19 1264, (1967); A. Salam, Proc. 8th Nobel Symposium, Stockholm, (1979).

2. S. Eidelman et al. Review of particle physics. Phys. Lett., B592:l, 2004.

3. Sally Dawson John F. Gunion (Editor) Howard E. Haber, Gordon Kane. Higgs Hunter's Guide. Westvicw Press, 2000.

4. Kenneth Lane and Estia Eichten. Natural topcolor-assisted technicolor. Physics Letters B, 352:382, 1995.

5. S. Ambrosanio, G.L. Kane, G.D. Kribs, S.P. Martin, and S. Mrenna, Phys. Rev. D 55, 1372 (1997); B.C. Allanach, S. Lola, K. Sridhar, Phys. Rev. Lett. 89, 011801 (2002); hep-ph/0111014.

6. JI.B.Окунь. Лептпоны и Кварки. 1984.

7. D. Acosta et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. D 66, 012004 (2002); hep-ex/0110015.

8. D. Acosta et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. Lett. 89, 041802 (2002); hep-cx/0202004.

9. A. Abulencia et al. (CDF Collaboration). Search for New Physics in Lepton + Photon + X Events with 305 pb~l of pp Collisions at <Js= 1.96 TeV. Phys. Rev. Lett. 97, 031801 (2006).

10. A.Loginov for the CDF Collaboration. Search for New Physics in Photon Final States. Eur.Phys.J. С 46, Supplement 2, pp. 21-31 (2006).

11. D. Acosta et al. Measurement of W gamma and Z gamma Production in p anti-p Collisions at s**(l/2) = 1.96 TeV. Phys. Rev. Lett. 94, 041803 (2005), 2005.

12. S.Lee for the CDF Collaboration. New Physics Searches with Photons in CDF. Proceedings of SUSY 2003, Tucson, AZ; FERMILAB-CONF-04-026-E; hep-ex/0402027, 2003.

13. A.Loginov for the CDF Collaboration. Search for New Physics in Photon Final States (SUSY 2005, Durham). FERMILAB-CQNF-05-598-E; hep-ex/0604036, 2005.

14. H. Frisch. Collider Physics Experiments. To appear in Proceedings of the Twenty First Lake Louise Winter Institute, 2006.

15. G. Brooijmans for CDF and D0 Collaborations. Other Exotic Searches at the Tevatron. To be published in Proceedings of the HCP 2006 conference, 2006.

16. M. Goncharov for CDF Collaboration. Search for Exotic New Phenomena in CDF. To be published in Proceedings of l^th International Conference on Supersymmetry and the Unification of Fundamental Interactions Irvine, California, USA 12-17 June 2006, 2006.

17. A. Pronko for CDF Collaboration. Search for New Physics with CDF Detector. To be published in Proceedings of XXXIII International Conference on High Energy Physics (ICHEP'06), 2006.

18. CDF Run II Event Display Code is available at: http://cdfkits.fnal.gov/CdfCode/source/RootEventDisplay/ http: //cdfkits.fnal.gov/CdfCode/source/RootMods/.

19. D.Litvintsev, A.Loginov, I.Shreyber. The CDF Run II Event Display, evd.fnal.gov, 2006.

20. A.Loginov, Yen-Chu Chen for CDF Collaboration. The CDF Run II Live Events. Live Events Page, http://evd.fnal.gov/online, 2006.

21. CDF Run II Event Display Team: James Bellinger (UoW, Madison) Jong-young Chung (OSU) YeonSci Chung (UR)1. Elena Gerchtein (ITEP)1. Robert Harr (WSU)

22. Konstantin Kotelnikov (ITEP)

23. Dmitry Litvintsev (ITEP, Project Leader 1998-2001)

24. Andrei Loginov (ITEP, Project Leader 2001-2006)1. Akiya Miyamoto (KEK)1. Pasha Murat (Fermilab)1. Carsten Rott (Purdue)

25. Kurt Rinnert (University of Karlsruhe)1. Tony Vaiciulis (UR)

26. Elena Vataga (New Mexico Univ.) .

27. L. Susskind. Phys. Rev. D, D20, 1979.

28. H.P. Nilles, Phys. Rep. 110,1 (1984); H.E. Haber and G.L. Kane, Phys. Rep. 117, 75 (1985).2627 28 [2930