Μελέτη γωνιακών κατανομών ζεύγους top quark με τον ανιχνευτή CMS στο LHC και αναζήτηση νέας φυσικής
Authors: Μπάκας Γεώργιος 
Published: July 2023

Η παρούσα διατριβή περιγράφει τη δουλειά που πραγµατοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της διδακτορικής µου ϕοίτησης στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Η εργασία αποτελείται από δύο αναλύσεις σχετιζόµενες µε την παραγωγή ζεύγους τοπ-αντιτοπ κουάρκ (tt) καθώς και ένα µέρος της συµβολής µου στο Κεντρικό Σύστηµα Ελέγχου Ανιχνευτών CMS. Το πρώτο µέρος της διατριβής περιλαµβάνει λεπτοµέρειες σχετικά µε το περίγραµµα του καθιεϱωµένου προτύπου καθώς και τεχνικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται µε τον ανιχνευτή CMS . Το Κεφάλαιο 1 περιγράφει τα ϐασικά στοιχεία του Καθιερωµένου Μοντέλου συµπεριλαµβανοµένων των µηχανισµών παραγωγής ζεύγους τοπ-αντιτοπ κουαρκ καθώς και της παραγωγής µποζονίων Ζ΄ που περιγράφονται από µοντέλα νέας ϕυσικής. Στο Κεφάλαιο 2, περιγράφονται συνοπτικά ο επιταχυντής LHC και ο ανιχνευτής CMS. Για το σύµπλεγµα του επιταχυντή καθώς και το πείραµα CMS περιγράφονται τα ϐασικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν στους ερευνητές να αναγνωρίσουν σωµατίδια σε αυτή την κλίµακα. Τα ϐασικά υποσυστήµατα ανιχνευτών CMS στα οποία ϐασίζεται η αναγνώριση των ϑεµελιωδών σωµατιδίων προσδιορίζονται και περιγράφονται περαιτέρω τα ϐασικά στοιχεία κάθε υποανιχνευτή. Το Κεφάλαιο 3 περιγράφει εν συντοµία τους ϑεµελιώδεις αλγόριθµους που απαιτούνται για την ανακατασκευή αντικειµένων που αναγνωρίζονται στον ανιχνευτή CMS προκειµένου να αναγνωριστούν τα σωµατίδια που ϐρίσκονται µέσα στον ανιχνευτή CMS , αναπτύσσονται και συντονίζονται διάφοροι αλγόριθµοι.Το δεύτερο µέρος αυτής της διατριβής περιγράφει το Σύστηµα Ελέγχου Ανιχνευτών CMS . Ένας ανιχνευτής τέτοιου µεγέθους απαιτεί ένα ισχυρό και αυτοµατοποιηµένο σύστηµα για τον έλεγχο επίβλεψης και παρακολούθησης των διαφόρων στοιχείων και υποσυστηµάτων του. Το Κεφάλαιο 4 εισάγει τον τρόπο µε τον οποίο αναπτύσσεται και λειτουργεί ένα σύστηµα ελέγχου ανιχνευτή για ένα µεγάλο πείραµα όπως το πείραµα CMS . Το Κεφάλαιο 4 δείχνει το έργο του συγγραφέα για την ανάπτυξη και τη συντήρηση διαφόρων λειτουργικών µονάδων που χρησιµοποιήθηκαν από την κεντρική οµάδα του CMS DCS.Το τρίτο µέρος αυτής της διατριβής περιγράφει δύο tt σχετικές αναλύσεις. Και οι δύο αναλύσεις χρησιµοποιούν δεδοµένα σύγκρουσης πρωτονίων στο κέντρο µάζας ενέργειας √s = 13 TeV , που συλλέχθηκαν το 2016, το 2017 και 2018 και παρουσιάζεται σε τελικό συνδυασµένο αποτέλεσµα µε τον ανιχνευτή (CMS ). Τα αποτελέσµατα αντιστοιχούν σε συνολική ϕωτεινότητα 137,1 fb1 . Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η µέτρηση της διαφορικής ενεργού διατοµής παραγωγής ζευγών τοπ-αντιτοπ κουάρκ υψηλής εγκάρσιας ορµής. Το σύνολο δεδοµένων συλλέχτηκε κατά τη διάρκεια της πλήρους εκτέλεσης µε τον ανιχνευτή CMS στο CERN από συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου σε ενέργεια κέντρου µάζας 13 TeV . Η µέτρηση χρησιµοποιεί γεγονότα όπου και τα δύο υποψήφια τοπ κουάρκ αποσυντίθενται αδρονικά και ανακατασκευάζονται ως µεγάλοι πίδακες ενέργειας. Η ενεργός διατοµή εξάγεται διαϕορικά ως συνάρτηση διαφόρων κινηµατικών µεταβλητών του συστήµατος ζεύγους τοπ κουάρκ ή τοπ κουάρκ. Τα αποτελέσµατα αναλύονται σε δύο διαφορετικά επίπεδα ανιχνευτή και συγκρίνονται µε διάφορα ϑεωρητικά µοντέλα. Το κεφάλαιο 6 ϐασίζεται στην ανάλυση που περιγράφεται στο Κεφάλαιο 5 και παρουσιάζει έναν συνδυασµό αναζητήσεων για ϐαρείς συντονισµούς που αποσυντίθενται σε ζεύγη τοπ-αντιτοπ κουαρκ, χρησιµοποιώντας το πλήρες σύνολο δεδοµένων σύγκρουσης πρωτονίουπρωτονίου που συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή CMS . Ο συνδυασµός περιλαµβάνει συνεισφορές από τα πλήρως αδρονικά διασπώµενα τοπ-αντιτοπ κουάρκ που έχουν υψηλή εγκάρσια ορµή (pT ). Τα αποτελέσµατα που παρουσιάζονται αυξάνουν περαιτέρω τα όρια αποκλεισµού µάζας για τα µοντέλα νέας ϕυσικής.