Study of anomalous Quartic Gauge Couplings with pp-&gt;ZZjj, ZZ-&gt;llvv events in the ATLAS experiment at CERN
Creators: name: Σαμουηλίδης, Ευάγγελος Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Παραγωγή ZZ στο πείραμα ATLAS
Ενεργη Θεωρία Πεδίου (EFT)
Ανώμαλες Τετραπλές Συζεύξεις Διανυσματικών μποζονίων (aQGCs)
ZZ production in ATLAS
Effective Field Theory (EFT)
Anomalous Quartic Gauge Couplings (aQGCs)

description: In this thesis, anomalous Quartic Gauge Couplings are studied in the context of an effective field theory (EFT) with dimension eight operators, in the Vector Boson Scattering process pp -&gt; ZZjj, ZZ -&gt; llvv occurring in the ATLAS detector at CERN. First, a short overview of the Electroweak sector of the Standard Model is given so as to show how the demand of the local gauge invariance in the Standard Model Lagrangian, coupled with the Spontaneous Symmetry Breaking mechanism of the Higgs field fixes the self-interactions between the vector bosons, and between the vector and Higgs bosons. The basics of Vector Boson Scattering are also presented, including the kinematic characteristics of the studied channel, the variables used in order to define a suitable phase space for its study and the backgrounds that can produce the same experimental signature. In this study, only one operator at a time is allowed to contribute in the aQGCs and the event yield is parametrized as a function of the "Wilson coefficient" which quantifies the contribution of this operator. The observed event yield as a function of a sensitive kinematic variable is compared to the sum of the Standard Model and aQGC contributions and limits on the Wilson coefficient values are obtained. Then the statistical tools needed to perform this analysis are explained. Mainly the profile likelihood and how we can use it in order to take into account the systematic uncertainties of our measurements in order to estimate the values and confidence level intervals of the parameter of interest (Wilson coefficient). The analysis begins by using the "Asimov dataset", produced by the Monte Carlo samples only, to optimize the binnings of the p¬¬T¬(Z), mT(ZZ), m¬jj and STjj(ZZ) variables so that the sensitivity to the aQGC operators is maximized. The binning optimization procedure is presented in detail and after considering both 1D and 2D histograms for the analysis, the mT(ZZ) variable is selected in order to proceed as it produced the narrowest confidence level limits for the new physics operators. The expected 95% CL limits for the Wilson coefficients of all operators studied are presented, with and without the use of the clipping unitarization method. Limits are obtained for various clipping values, along with the unitarity bounds for the corresponding aQGC operators. Finally, the 95% CL limits of the linear and quadratic contributions of the aQCGs are given in order to see the significance of these terms to the combined quadratic + linear results. The studies presented in this thesis prove the validity of the method and its readiness to be used on the real data when allowed to do so.
description: Στην παρούσα διατριβή, μελετώνται οι ανώμαλες τετραπλές συζεύξεις διανυσματικών μποζονίων (aQGCs) στο πλαίσιο μιας ενεργούς θεωρίας πεδίου (EFT) με τελεστές διάστασης οκτώ , στη διαδικασία σκέδασης διανυσματικών μποζονίων pp -&gt; ZZjj, ZZ -&gt; llvv που λαμβάνει χώρα στον ανιχνευτή ATLAS στο CERN. Αρχικά, δίνεται μια σύντομη επισκόπηση του ηλεκτρασθενούς τομέα του Καθιερωμένου Προτύπου, ώστε να φανεί πώς η απαίτηση της τοπικής αναλλοιώτητας βαθμίδας στη Λαγκρανζιανή του Καθιερωμένου Προτύπου, σε συνδυασμό με τον μηχανισμό αυθόρμητης ρήξης συμμετρίας του πεδίου Higgs, καθορίζει τις αυτοαλληλεπιδράσεις μεταξύ των διανυσματικών μποζονίων, καθώς και μεταξύ των διανυσματικών και των μποζονίων Higgs. Παρουσιάζονται επίσης τα βασικά στοιχεία της σκέδασης διανυσματικών μποζονίων, συμπεριλαμβανομένων των κινηματικών χαρακτηριστικών του υπό μελέτη καναλιού, των μεταβλητών που χρησιμοποιούνται προκειμένου να οριστεί ένας κατάλληλος χώρος φάσεων για τη μελέτη του και των υποβάθρων που μπορούν να παράγουν την ίδια πειραματική υπογραφή. Στην παρούσα μελέτη, μόνο ένας τελεστής κάθε φορά επιτρέπεται να συνεισφέρει στα aQGCs και το πλήθος γεγονότων παραμετροποιείται ως συνάρτηση του «συντελεστή Wilson» που ποσοτικοποιεί τη συνεισφορά αυτού του τελεστή. Το παρατηρούμενο πλήθος γεγονότων συναρτήσει μιας ευαίσθητης κινηματικής μεταβλητής συγκρίνεται με το άθροισμα των συνεισφορών του Καθιερωμένου Προτύπου και του aQGC και λαμβάνονται άνω όρια στις τιμές του συντελεστή Wilson. Στη συνέχεια εξηγούνται τα στατιστικά εργαλεία που απαιτούνται για την εκτέλεση αυτής της ανάλυσης. Κυρίως η πιθανοφάνεια και πώς μπορούμε να τη χρησιμοποιήσουμε προκειμένου να λάβουμε υπόψη τις συστηματικές αβεβαιότητες των μετρήσεών μας για να εκτιμήσουμε τις τιμές και τα διαστήματα εμπιστοσύνης της παραμέτρου που μας ενδιαφέρει (συντελεστής Wilson). Η ανάλυση ξεκινά με τη χρήση του «συνόλου δεδομένων Asimov», που παράγεται μόνο από τα δείγματα των προσομοιωμένων γεγονότων, για τη βελτιστοποίηση των ιστογραμμάτων των μεταβλητών pT (Z), mT (ZZ), mjj και STjj (ZZ), έτσι ώστε να μεγιστοποιείται η ευαισθησία στους τελεστές aQGC. Παρουσιάζεται λεπτομερώς η διαδικασία βελτιστοποίησης των ιστογραμμάτων και αφού εξετάζονται τόσο τα μονοδιάστατα όσο και τα δισδιάστατα ιστογράμματα για την ανάλυση, επιλέγεται η μεταβλητή mΤ(ZZ) προκειμένου να προχωρήσουμε, καθώς παρήγαγε τα στενότερα όρια εμπιστοσύνης για τους τελεστές aQGC. Παρουσιάζονται τα αναμενόμενα όρια επιπέδου εμπιστοσύνης 95% για τους συντελεστές Wilson όλων των τελεστών που μελετήθηκαν, με και χωρίς τη χρήση της μεθόδου μοναδικοποίησης clipping (¨αποκοπής¨). Τα όρια λαμβάνονται για διάφορες τιμές αποκοπής, μαζί με τα όρια μοναδικότητας (unitarity bounds) για τους αντίστοιχους τελεστές aQGC. Τέλος, δίνονται τα όρια επιπέδου εμπιστοσύνης 95% της γραμμικής και της τετραγωνικής συνεισφοράς των aQCGs για να δούμε τη σημαντικότητα αυτών των όρων στα συνδυασμένα τετραγωνικά + γραμμικά αποτελέσματα. Οι μελέτες που παρουσιάζονται στην παρούσα διατριβή αποδεικνύουν την εγκυρότητα της μεθόδου και την ετοιμότητά της να χρησιμοποιηθεί στα πραγματικά δεδομένα, όταν αυτο επιτραπεί.