Investigations towards the measurement of the Higgs boson self-coupling with HH → b ̄bτ+τ− and development and improvement of the muon spectrometer detector control system, in the ATLAS experiment
Authors: Παρασκευόπουλος Χρήστος 
Published: February 2024

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από τρία κύρια Μέρη. Το πρώτο κεφάλαιο εισηγήται την λειτουργία του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), το πείραμα ATLAS, τον ρόλο των ανιχνευτών στην φυσική υψηλών ενεργειών, και το κίνητρο πίσω από την αναβάθμιση του New Small Wheel (NSW) στο CERN. Στα επόμενα κεφάλαια αναλύονται πιο εκτεταμένα οι τεχνικές λεπτομέρειες της αναβάθμισης του NSW, ο αντίκτυπός της στην έρευνα της σωματιδιακής φυσικής, και οι καινοτόμες λύσεις που αναπτύχθηκαν από επιστήμονες και μηχανικούς για να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που προκύπτουν από την εξέλιξη της έρευνας της φυσικής υψηλών ενεργειών. Περιγράφεται η αναβάθμιση του NSW, με κύριο αντικείμενο τον έλεγχο της απόδοσης και την ενσωμάτωση των δύο ανιχνευτικών τεχνολογιών του NSW (Micromegas και sTGC) στο πείραμα ATLAS. Οι ανιχνευτές Micromegas προσφέρουν την δυνατότητα μέτρησης της χωρικής ανάλυσης της τροχιάς με υψηλή ακρίβεια συμπληρώνοντας έτσι το ”puzzle” της ταυτοποίησης των σωματιδίων. Ακολουθεί μια επισκόπηση του ανιχνευτή Micromegas και της λειτουργίας του, με έμφαση στα πρόσφατα πειράματα με δοκιμαστικές δέσμες σωματιδίων στο CERN για τον έλεγχο της απόδοσής τους.Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται τα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου που αναπτύχθηκαν από τον συγγραφέα της διδακτορικής αυτής διατριβής. Τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου των ανιχνευτών χρησιμοποιούνται για την διασφάλιση της ασφαλούς, αξιόπιστης και συνεχούς λειτουργίας του ανιχνευτή. Δίνεται έμφαση στην ανάπτυξη και τον σχεδιασμό των συστημάτων του NSW αλλά και στην βελτίωση και συντήρηση του υλικολογισμικού που προϋπήρχε στο Φασματόμετρο Μιονίων του ATLAS. Παρέχεται μια επισκόπηση των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου του NSW, με έμφαση στα συστήματα παροχής τάσης και παρακολούθησης της θερμοκρασίας, το σύστημα του Beam Injection Permit και Αυτομάτου ελέγχου της Υψηλής τάσης, τις διαδικασίες λήψης δεδομένων, τις φάσεις δοκιμών, τα projects που αναπτύχθηκαν στο WinCC-OA και την αρχιτεκτονική των Μηχανών Πεπερασμένων Καταστάσεων (Finite State Machines - FSM) για τον ιεραρχικό έλεγχο και την εποπτεία τους. Στο τελευταίο κεφάλαιο, θα περιγραφούν οι μελέτες για τη μέτρηση του κ2v δηλαδή του συντελεστή αυτοσύζευξης μέσω της διάσπασης H H → b ̄bτ + τ − . Το κανάλι παραγωγής di-Higgs σε b ̄bτ+τ− χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του κ2v, το οποίο μπορεί να υπολογιστεί μόνο μέσω του μηχανισμού παραγωγής Vector Boson Fusion (VBF). Τροποποιήθηκε κατάλληλα ο κώδικας του Analysis framework ώστε να παραχθούν τα δεδομένα για την συγκεκριμένη ανάλυση, την βελτιστοποίηση της και στη συνέχεια η επεξεργασία των δεδομένων. Η επεξεργασία έγινε για διάφορες τιμές της σταθεράς αυτοσύζευξης κ2v και ακολούθησε εφαρμογή στατιστικών μεθόδων για τον υπολογισμό και την αφαίρεση του υποβάθρου των δεδομένων. Επίσης αναπτύχθηκε και έγινε εκπαίδευση νευρωνικών δικτύων ώστε μετά από τεστ να βρεθεί ο βέλτιστος σχεδιασμός για την συγκεκριμένη ανάλυση. Τέλος έγιναν δοκιμές για να επιβεβαιωθεί ότι η μέθοδος είναι αμερόληπτη και λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών, έγινε εφαρμογή της πιο αποτελεσματικής αρχιτεκτονικής Νευρωνικού δικτύου, για διαχωρισμό των γεγονότων από το υπόβαθρο, υπό τις διάφορες μετρήσεις της σταθεράς αυτοσύζευξης.