13 TeV'lik proton proton çarpışmalarında J/ψJ/ψ kütle eşiğine yakın yapıların CMS deneyinde incelenmesi ve yüksek tanecikli kalorimetrenin faz iki yükseltme çalışmaları
Investigation of structures near the J/ψJ/ψ mass threshold in 13 TeV proton proton collisions in the CMS experiment and phase two upgrade studies of the highgranularity calorimeter
Yazar: ÖZGÜN KARA
Danışman: PROF. DR. AYŞE POLATÖZ
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışma,13 TeV'lik proton proton çarpışmalarında J/ψJ/ψ kütle eşiğine yakın yapıların CMS deneyinde incelenmesi ve Yüksek Tanecikli Kalorimetrenin faz iki yükseltme çalışmaları üzerinedir. Büyük Hadron Çarpıştırıcı'nın Yüksek Işıklılık aşaması, mevcut çarpıştırıcıya göre on kat daha fazla toplam ışıklılık sağlayacaktır. Bu durum ileri kalorimetri için dedektörlerde radyasyon toleransı ve olay birikimi gibi veri alımının verimli olmasına engel olacaktır. Bu olumsuz durumu düzeltmek için mevcut uç kapak kalorimetrelerinin yerini alacak Yüksek Tanecikli bir kalorimetre tasarlanmaktadır.Bu kalorimetre hem elektromanyetik hem de hadronik bölümler için yüksek okuma ve tetikleme yeteğine sahip olacaktır. Elektromanyetik bölüm kendine özgü yüksek hassasiyetli 0.5-1cm^2 hücre boyutunda altıgen silikon sensörlerden oluşacaktır. İlk altıgen silikon modüller için 2016 yılında CERN'de hüzme testi gerçekleştirilmiştir. Bu tezin ilk kısmında, sistem kararlılığı, iyonlaştırıcı parçacıklarla kalibrasyon ve elektronlar için çözünürlük açısından bu testlerden elde edilen sonuçlar ve bu niceliklerin GEANT4 tabanlı simülasyonla karşılaştırılma çalışmaları ile birlikte  hüzme testi sistemi için  tasarlanan detektör kontrol sistemi  verilmiştir.
Bu tez çalışmasının ikinci kısmında ise, dört Müon'lu son durum ile karakterize edilen J/ψ J/ψ µ^+ µ^- µ^+ µ^- 'ye bozunan dar rezonansları aramak için gerçekleştirilen analiz çalışmalarına yer verilmiştir. Analizde, 2017 ve 2018 yıllarında BHÇ'de CMS dedektörü ile toplanan √s = 13 TeV'deki proton-proton çarpışmalarından elde edilen veri setleri kullanılmaktadır ve bu, toplam 111.7 fb^(-1)  ışıklılık şiddetine karşılık gelmektedir. J/ψ yeniden yapılandırması, zıt işaretli Müon  çiftine olan bozunumu üzerinden gerçekleştirilir. Diğer Müon  çifti potansiyel olarak offshell J/ψ olarak kabul edilir ve değişmez kütleleri J/ψ kütle değerinin altında olmalıdır. Bu analizde, yığılma ve fizik arka planlarını en aza indirmek için olay karıştırma temelli yeni bir strateji tanıtılmıştır; bu strateji tamamen veri odaklı ve içsel olarak kör bir yöntemdir.

Abstract:
This study, presents work on the study of structures near the J/ψJ/ψ mass threshold in 13 TeV proton-proton collisions in the CMS experiment and phase two upscaling studies of the High Granularity Calorimeter. The High Luminosity stage of the Large Hadron Collider will provide 10 times more total luminosity than the current collider. This will interfere with efficient data acquisition, such as radiation tolerance and event accumulation in detectors for advanced calorimetry. To remedy this unfavourable situation, a High Grain Calorimeter is being designed to replace the existing end-cap calorimeters. It will have high readout and triggering capability for both electromagnetic and hadronic sections. The electromagnetic section will consist of unique high precision 0.5-1cm^2 cell size hexagonal silicon sensors. Beam testing for the first hexagonal silicon modules was performed at CERN in 2016. The results of these tests in terms of system stability, calibration with ionising particles and resolution for electrons, and the comparison of these quantities with GEANT4-based simulations are presented, as well as the detector control system designed for the beam test system.
	It presents the analysis performed to search for narrow resonances decaying to J/ψ J/ψ µ^+ µ^- µ^+ µ^- characterised by a four-Müon  final state. The analysis uses data sets from proton-proton collisions at √s  = 13 TeV collected with the CMS detector at the LHC in 2017 and 2018, corresponding to a total luminosity of 111.7 fb^(-1). The J/ψ reconstruction is realised via its decay into a Müon  pair of opposite sign. The other Müon  pair is considered as potentially offshell J/ψ and their invariant mass should be below the J/ψ mass value. In this analysis, a new strategy based on event mixing is introduced to minimise the pileup and physics backgrounds; this strategy is fully data-driven and intrinsically blind.