Search for new physics using jets in proton-proton collisions

CERN Bulletin2016

Abstract

In dieser Doktorarbeit wird die Suche nach Neuer Physik in Ereignissen mit zwei Jets vorgestellt. Diese Ereignisse wurden in Proton-Proton Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in der Nähe des Genfer Sees in der Schweiz erzeugt. Diese Kollisionen wurden mit dem ATLAS Experiment, einem Vielzweckteilchendetektor, aufgenommen, der an einem vom vier Kollisionspunkten am LHC installiert ist. \n\nDie Theorie zur Beschreibung von Teilchenphysikprozessen, das sogenannte Standard Modell, konnte bisher alle Messungen korrekt beschreiben. Trotzdem gibt das Standard Modell auf einige der grundlegenden Fragen keine Antwort. Wie kann man Schwerkraft innerhalb des Standard Modells beschreiben? Woraus besteht Dunkle Materie, welche bisher nicht direkt beobachtet wurde, aus der jedoch 26 % des Universums bestehen? Warum besitzen Neutrinos Masse?\n\nTheorien die einige dieser Fragen beantworten, sagen die Existenz weiterer bisher nicht beobachteter Teilchen voraus. Eine Suche nach neuen Teilchen könnte die Zahl der Modelle eingrenzen, die die Natur beschreiben. Der LHC führt Kollisionen von Protonen bei hohen Energien durch, bei denen die Bausteine der Protonen, die farbgeladenen Partonen, miteinander wechselwirken. Der häufigste Endzustand bei solchen Kollisionen enthält zwei Partonen, also Quark-Quark, Quark-Gluon oder Gluon-Gluon Paare, sowie deren Antiteilchen. Wenn Partonen bei hohen Energien den Verbund im Proton verlassen, bildet sich ein Teilchenbündel, der als sogenannter Jet im Detektor sichtbar ist. Daher ist die Suche nach Neuer Physik in Ereignissen mit zwei Jets vielversprechend, um einen große Massenbereich zu untersuchen.\n\n\n\nIn dieser Arbeit wird die Suche nach Neuer Physik beschrieben, bei denen neue Teilchen als schmale Resonanzen im invarianten Massenspektrum zweier Jets auftauchen. Eine integrierte Luminosität von 20.3/fb aufgenommen vom ATLAS Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV wurde untersucht. Diese Energie war die höchste jemals in einem Labor erreichte Energie, zur Zeit der Messung. Das untersuchte Spektrum wurde aus Ereignisse kombiniert, die von zwölf unterschiedlichen Triggern aufgezeichnet wurden. Dies ermöglichte die Untersuchung im invarianten Massenbereich von 253 GeV bis 4.1 TeV. Die Untergrundabschätzung wurde durch Anpassung einer Funktion an das Datenspektrum gewonnen.\n\nDer Vergleich zwischen Daten und Untergrund zeigt keine signifikanten Abweichungen. Daher wurden 95 % C.L Obergrenzen auf das Produkt von Wirkungsquerschnitt und Akzeptanz für sieben Modelle gesetzt. Die Produktion von schwarzen Löchern (QBH) konnte für Massen kleiner als 5.75 TeV ausgeschlossen werden, während angeregte Quarkzustände bis zu 3.90 TeV ausgeschlossen wurden. Zusätzlich wurden Ausschlussgrenzen für generische Signalformen gesetzt, die der Gaußfunktion und der Breit-Wigner-Formel folgen.

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