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用LHC上的ATLAS探测器取得的7TeV的质子—质子对撞数据寻找衰变到eμ对的重粒子

作　者: 张冬亮
导　师: 韩良; 侯书云
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: R-宇称破缺轻子数破坏超对称 eμ共振态超对称τ中微子ATLAS
分类号: O572.212
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 16次
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内容摘要

论文分析了LHC上ATLAS探测器在2010年取得的35pb-’和2011年取得的1.07fb-1对撞能量为7TeV的pp对撞数据用于寻找衰变到eμ末态的重粒子。主要的物理本底来自顶夸克对的产生、DrellYan过程和W玻色子对的产生,而单个顶夸克产生、WZ、ZZ玻色子对的产生的贡献相对比较少。对这些有eμ产生的过程,用蒙特卡罗模拟可以得到很好的估计。另外的本底来自粒子误判,有两种情况。一种是光子误判成电子,这种本底的贡献贡献很少(2-3%),可以用蒙特卡罗模拟来粗略估计,并用真实数据来检验。另一种误判的情况是夸克或胶子喷注误判为电子或缪子,这种情况我们使用矩阵方程的办法来直接从真实数据中估计。两组数据中观察到的eμ事例均与标准模型的预计相吻合,没有显著的偏差。我们对R-宇称破缺的超对称模型中超对称τ中微子的产生和衰变的物理参数设置了上限。在95%的置信度下,假设两个耦合参数λ312=0.05和λ311=0.10,可以排除质量小于1.32TeV的超对称τ中微子。这个限制远超出Tevatron上得到的结果。我们也对在不同的超对称τ中微子质量假设下的耦合参数λ312和λ311作出了限制,对质量大于275GeV的超对称τ中微子,这个结果是当前世界最严的限制。这些限制并不仅限于超对称τ中徽子模型,产生截面的限制也适用于其他模型中衰变到eμ的重粒子。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
致谢  9-15
1 Introduction  15-17
2 LHC and ATLAS  17-29
  2.1 Large Hadron Collider  17-21
    2.1.1 Experiments  17-18
    2.1.2 LHC beam  18-21
  2.2 The A Toroid Large ApparatuS  21-29
    2.2.1 Inner detector  21-22
    2.2.2 Calorimeter  22-25
    2.2.3 Muon spectrometer  25-27
    2.2.4 Magnet system  27
    2.2.5 Trigger system  27-28
    2.2.6 Data processing and distribution  28-29
3 Event reconstruction  29-34
  3.1 Inner detector track  29
    3.1.1 Track parameter resolutions  29
  3.2 Primary vertex  29-30
  3.3 Electron  30-31
  3.4 Muon  31-32
  3.5 Jet  32
  3.6 Missing transverse energy  32-34
4 Theory  34-47
  4.1 Standard Model  34-38
    4.1.1 Elementary particles  34-35
    4.1.2 Interaction  35-36
    4.1.3 Flavour mixing  36-38
    4.1.4 Problems of Standard Model  38
  4.2 Supersymmetry  38-41
  4.3 R-parity violating  41-42
  4.4 The single coupling dominance hypothesis  42
  4.5 Signal  42
  4.6 Current searches and results  42-44
  4.7 K-factor  44-47
5 Data and Monte Carlo  47-50
  5.1 Dataset  47
  5.2 Monte Carlo  47-48
  5.3 Signal MC production  48-50
6 Event Selection  50-57
  6.1 Trigger  50
  6.2 Electron Identification  50-52
  6.3 Muon identification  52
  6.4 Electron and muon isolation  52
  6.5 Jet cleaning  52-53
  6.6 Number of jet cut and E_T~(miss) cut  53-54
  6.7 Event selection  54-57
7 Background estimation  57-76
  7.1 Physics Background  57-60
    7.1.1 Pileup reweighting  57
    7.1.2 Electron energy scale and smearing  57-59
    7.1.3 Muon momentum scale and smearing  59-60
  7.2 Photon fake background  60
    7.2.1 Random matching to an inner detector track  60
    7.2.2 Photon conversion  60
  7.3 Matrix method for jet fake background estimation  60-61
  7.4 Jet fake background in 2010 data analysis  61-66
    7.4.1 Electron efficiency and fake rate  61-63
    7.4.2 Muon efficiency and fake rate  63-64
    7.4.3 Jet fake background estimation  64-66
  7.5 Jet fake background in 2011 data analysis  66-73
    7.5.1 Electron Efficiencies  67
    7.5.2 Muon Efficiencies  67-72
    7.5.3 Jet instrumental background in data  72-73
  7.6 Systematic uncertainties  73-76
8 Results  76-98
  8.1 Statistics  76-78
    8.1.1 Bayesian method  76-77
    8.1.2 Frequentist Method  77-78
    8.1.3 Peusdoexperiment  78
    8.1.4 Expected limit  78
    8.1.5 Low count experiment  78
  8.2 2010 data results  78-88
    8.2.1 Compared to the SM prediction  78-81
    8.2.2 Sneutrino limits setting  81-88
  8.3 2011 data results  88-98
    8.3.1 Comparison with Standard Model  88-94
    8.3.2 General production limits for new physics  94-98
9 The conclusion  98-99
Appendices  99-105
  A Sneutrino production and decay cross section calculation  99-101
  B Decay rate  101-102
  C t channel search  102-103
  D Mass spectrum in signal production  103-105
References  105-110

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