Μελέτη παραγωγής ζεύγους μποζονίων WZ σε συγκρούσεις πρωτονίων στα 13 TeV με τον ανιχνευτή ATLAS και προσδιορισμός των κλασμάτων πόλωσης
Creators: name: Καζάκος, Στέργιος Σάββα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Παραγωγή ζεύγους μποζονίων WZ
Πόλωση
Πείραμα ATLAS
WZ boson pair production
Polarisation
ATLAS Experiment

description: Σε αυτήν τη διπλωματική παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μιας μελέτης παραγωγής ζεύγους μποζονίων WΖ σε συγκρούσεις πρωτονίων σε ενέργεια κέντρου μάζας 13 TeV στο πείραμα ATLAS. Τα μποζόνια βαθμίδας αναμένεται να διασπώνται λεπτονικά, δηλαδή μόνο σε ηλεκτρόνια και μιόνια. Τα τέσσερα κανάλια διάσπασης του ζεύγους μποζονίων WZ είναι: eee, eμμ, μee και μμμ. Η μελέτη βασίζεται σε προσομοιώσεις σήματος Monte Carlo που προσομοιώνουν τα δεδομένα που συλλέχθηκαν την περίοδο 2015+2016 από τον ανιχνευτή ATLAS στον LHC. Τα δείγματα MC αντιστοιχούν σε φωτεινότητα 26.65 fb-1, ενώ τα δεδομένα για την περίοδο 2015+2016 αντιστοιχούν σε ολοκληρωμένη φωτεινότητα 36.1 fb-1. Η μελέτη αυτή περιέχει μια λεπτομερή ανάλυση στον χώρο φάσεων του ανιχνευτή. Η ανάλυση αποτελείται από δυο μέρη: την επιλογή αντικειμένων και την επιλογή γεγονότων. Τα μποζόνια W και Z ανακατασκευάζονται από τα προϊόντα της διάσπασής τους, φανερώνοντας την ύπαρξη ενός συστήματος ζεύγους μποζονίων WZ. Η ανάλυση πραγματοποιείται στο πλαίσιο του EventLoop χρησιμοποιώντας τα επίσημα εργαλεία του ATLAS και τις συστάσεις για τα τις επιλογές, που παρέχονται από τα σχετικές ομάδες. Τα γεγονότα σήματος που μας ενδιαφέρουν ξεχωρίζουν από τα υπόλοιπα και τα τελικά αποτελέσματα είναι παρόμοια με αυτά προηγούμενων αναλύσεων. Τα γεγονότα σήματος μετά την επιλογή τους χρησιμοποιούνται για διαγράμματα κινηματικών μεταβλητών, για τον υπολογισμό του λόγου W+Z/W-Z, καθώς και σε μελέτες πόλωσης και συσχετισμού με τα σωματίδια όπως παράγονται από τον γεννήτορα (truth). Στην ανακατασκευή του μποζονίου Z, τα λεπτόνια που προέρχονται από ένα μποζόνιο W κάποιες φορές αποδίδονται λανθασμένα σε ένα Z μποζόνιο. Η ‘‘λανθασμένη απόδοση’’ του λεπτονίου παρατηρείται στα κανάλια eee και μμμ και η αντίστοιχη πιθανότητα υπολογίζεται αποκτώντας πρόσβαση στην truth πληροφορία του δείγματος MC. Επιπλέον, η truth πληροφορία χρησιμοποιείται για να διαπιστωθεί η συμφωνία μεταξύ των ανακατασκευασμένων μεταβλητών και των μεταβλητών σε επίπεδο γεννήτορα. Μια φυσική παρατηρήσιμη ποσότητα που σχετίζεται άμεσα με την πόλωση των μποζονίων αναφέρεται συχνά ως cosθ*. Η κατανομή cosθ* μελετάται στο χώρο φάσεων του ανιχνευτή. Για να υπάρχει καλύτερη κατανόηση στην πόλωση των μποζονίων στο σύστημα WZ, προσδιορίζονται τα κλάσματα πόλωσης WZ για κάθε μια από τις καταστάσεις ελικότητας. Αυτό πραγματοποιείται με μια αναλυτική προσαρμογή (fit) στο ολικό χώρο φάσεων χρησιμοποιώντας την truth πληροφορία σε επίπεδο γεννήτορα από το συνολικό δείγμα σήματος MC
description: In this thesis are presented the results of a study on WZ boson pair production in pp collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV within the ATLAS experiment. The gauge bosons are expected to decay in the fully-leptonic mode, namely only to electrons and muons. The four decay channels of the WZ boson pair are: eee, eμμ, μee and μμμ. The study is based on Monte Carlo signal simulations that simulate the data collected in 2015+2016 by the ATLAS detector at the LHC. The MC samples correspond to a luminosity of 26.65 fb-1, while the data for the period 2015+2016 correspond to an integrated luminosity of 36.1 fb-1. This study contains a detailed cutflow analysis in the inclusive fiducial phase-space region. The cutflow analysis consists of two parts: the object selection and the event selection. The Wand Z bosons are reconstructed from their decay products, indicating the existence of a WZ boson pair system. The analysis is performed in the EventLoop framework using the official ATLAS tools and recommendations for the cuts, provided by the associated groups. The interesting signal events are distinguished and the final results are similar to the ones of previous analyses. The signal events after the selection are used for control plots of the kinematic observables, for the calculation of the W+Z/W-Z ratio, as well as in polarisation and truth association studies. In the Z boson reconstruction, the leptons originating from a W boson are sometimes wrongly attributed to a Z boson. This lepton ‘‘misassignment’’ is observed in eee and μμμ channels and the corresponding probability is calculated by accessing the truth information of the MC sample. In addition, the truth information is used to validate the agreement between the reconstructed variables and the variables at generated level. A physics observable directly related to the boson polarisation is referred to as cosθ*. The cosθ* distribution is studied in the inclusive fiducial phase-space. In order to have a better understanding on boson polarisation in the WZ system, the WZ polarisation fractions for each helicity state are extracted. This is performed with an analytical fit in the total phase-space using the truth information at generated level from the full MC signal sample