Search for stop quarks using the matrix element method at the LHC

Lieselotte Moreels
Persbericht

Search for stop quarks using the matrix element method at the LHC

Een nieuwe aanpak van de zoektocht naar stop quarks aan de Large Hadron Collider met behulp van de matrixelementmethode

Sinds de ontdekking van het Higgs deeltje in 2012 is het standaard model der deeltjes weer op het voorplan verschenen. Ondanks zijn opmerkelijke overeenkomst met experimentele resultaten kan dit model niet alles verklaren. Een mogelijke oplossing voor tal van onopgeloste vragen is de introductie van een nieuwe symmetrie, “supersymmetrie”, die deeltjes en krachten op gelijke voet behandelt. Deze theorie voorspelt een heleboel nieuwe deeltjes, maar die zijn tot op heden nog niet geobserveerd. Indien ze bestaan, worden deze deeltjes slechts zeer zelden geproduceerd, zo zelden dat ze lijken te verdrinken in een achtergrond van standaard model processen. Er is dus nood aan technieken die dit kleine signaal uit de achtergrond kunnen filteren. Een nieuwe methode die hiertoe kan bijdragen is de matrixelementmethode.

Wanneer twee deeltjes botsen in de Large Hadron Collider (LHC) worden er nieuwe deeltjes gecreëerd, die op hun beurt weer vervallen naar andere deeltjes. Alle informatie over zo’n proces, zoals de energie en massa van de deeltjes, zit vervat in een zogenoemd matrixelement. Aangezien een detector niet perfect is, zijn de gemeten energieën vaak verschillend van de echte energieën van de deeltjes. Dit wordt in rekening gebracht door transferfuncties, die het verband geven tussen de geobserveerde en de echte energieën van de deeltjes. Als er rekening gehouden wordt met hoe vaak een bepaald proces geproduceerd wordt, ook wel werkzame doorsnede genoemd, geeft de matrixelementmethode de waarschijnlijkheid weer dat het geobserveerde proces signaal of achtergrond is. Op deze manier kan een bovengrens voor de werkzame doorsnede van de signaalprocessen bepaald worden. Hoe strenger deze bovenlimiet, des te gevoeliger is de methode voor het signaal. Met de matrixelementmethode werd een bovengrens bekomen die ongeveer driemaal kleiner is dan deze verkregen met andere technieken, die slechts een gedeelte van de informatie van het proces gebruiken. Dit betekent dat de matrixelementmethode uitermate nuttig is in de zoektocht naar nieuwe fysica.

 

Bibliografie

 

[1] S. P. Martin, A Supersymmetry Primer, arXiv:hep-ph/9709356.

[2] The University of Tennessee, Knoxville, Department of Physics and Astronomy, http://electron6.phys.utk.edu/phys250/modules/module% 206/particle_classification.htm.

[3] Particle Data Group, http://pdg.lbl.gov/.

[4] E. Fiorini, Neutrino: Dirac or Majorana?, in Ettore Majorana’s legacy and the Physics of the XXI century. Catania, Italy, October, 2006. PoS(EMC2006)007.

[5] D. J. Griffiths, Introduction to Elementary Particles. Wiley-VCH, 2 ed., 2011.

[6] F. Englert and R. Brout, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 321–322.

[7] P. Higgs, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 508–509.

[8] G. Guralnik, C. Hagen, and T. Kibble, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 585–587.

[9] N. Polonsky, Supersymmetry: Structure and Phenomena, arXiv:hep-ph/0108236.

[10] D. Bailin, G. V. Kraniotis, and A. Love, Phys.Lett. B414 (1997) 269–276.

[11] The CMS Collaboration, Interpretation of searches for supersymmetry with simplified models, Tech. Rep. arXiv:1301.2175. CMS-SUS-11-016. CERN-PH-EP-2012-351, CERN, Geneva, Jan, 2013. Comments: Submitted to Phys. Rev. D.

[12] The CMS Collaboration, Search for top-squark pair production in the single lepton final state in pp collisions at 8 TeV, Tech. Rep. CMS-PAS-SUS-13-011, CERN, Geneva, 2013.

[13] The ATLAS Collaboration, ATLAS Physics Summary Plots, https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/ CombinedSummaryPlots#SusyDirectStopSummary.

[14] CERN, Cryogenics: Low temperatures, high performance, http://home.web.cern.ch/about/engineering/ cryogenics-low-temperatures-high-performance.

[15] CERN, LHC, the guide, http://cds.cern.ch/record/1165534/files/ CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf, 2009.

[16] M. Della Negra, L. Foà, A. Hervé, and A. Ball, CMS physics Technical Design Report. Technical Design Report CMS. CERN, Geneva, 2006.

[17] The ALICE Collaboration, JINST 3 S08002 (2008).

[18] The ATLAS Collaboration, JINST 3 S08003 (2008).

[19] The CMS Collaboration, JINST 3 S08004 (2008).

[20] The LHCb Collaboration, JINST 3 S08005 (2008).

[21] The LHCf Collaboration, JINST 3 S08006 (2008).

[22] The TOTEM Collaboration, JINST 3 S08007 (2008).

[23] The CMS Collaboration, C. Mariotti, Recent results on Higgs studies at CMS, http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=1&resId= 0&materialId=slides&confId=245795, April, 2013.

[24] The CMS Collaboration, Detector overview: Superconducting Magnet, http://cms.web.cern.ch/news/superconducting-magnet.

[25] The University of Tennessee, Knoxville, High Energy Physics Group, http://hep.phys.utk.edu/~spanier/CMS/CMS_3D_Detector_50.gif.

[26] The CMS Collaboration, Detector overview: Tracker detector, http://cms.web.cern.ch/news/tracker-detector.

[27] M. Chen, Scintillation and Light Sensitive Detectors, http://neutron. physics.ucsb.edu/docs/scintillation_presentation_info.pdf.

[28] The CMS Collaboration, Detector overview: Hadron Calorimeter, http://cms.web.cern.ch/news/hadron-calorimeter.

[29] M. Della Negra and E. Radermacher, CMS: The Hadron Calorimeter. Technical Design Report CMS. CERN, Geneva, 1997.

[30] The CMS Collaboration, Detector overview: Crystal Calorimeter, http://cms.web.cern.ch/news/crystal-calorimeter.

[31] The CMS Collaboration, Detector overview: Electromagnetic Calorimeter, http://cms.web.cern.ch/news/electromagnetic-calorimeter.

[32] M. Della Negra and E. Radermacher, CMS: The Muon Project, pp. 249–309. Technical Design Report CMS. CERN, Geneva, 1997.

[33] The CMS Collaboration, Detector overview: Resistive Plate Chambers, http://cms.web.cern.ch/news/resistive-plate-chambers.

[34] P. Zotto, CMS Muon System Overview, 5th International Workshop on B-Physics at Hadron Machines, http://www.pd.infn.it/~zotto/beauty97/rpc.html, 1997.

[35] The CMS Collaboration, Detector overview: Muon Drift Tubes, http://cms.web.cern.ch/news/muon-drift-tubes.

[36] The CMS Collaboration, Detector overview: Cathode Strip Chambers, http://cms.web.cern.ch/news/cathode-strip-chambers.

[37] M. Della Negra, A. Hervé, S. Cittolin, W. H. Smith, and J. Varela, The TriDAS Project Technical Design Report, Volume 1: The Trigger Systems.

[38] The CMS Collaboration, Particle-Flow Event Reconstruction in CMS and Performance for Jets, Taus, and MET, Tech. Rep. CMS-PAS-PFT-09-001, CERN, Geneva, 2009.

[39] The CMS Collaboration, D. Barney, Animated CMS slice for Powerpoint, https://cms-docdb.cern.ch/cgi-bin/PublicDocDB/ShowDocument?docid=5581.

[40] W. Adam, B. Mangano, T. Speer, and T. Todorov, Track reconstruction in the CMS Tracker, CMS NOTE-2006/041.

[41] S. Cucciarelli, M. Konecki, D. Kotliński, and T. Todorov, Track reconstruction, primary vertex finding and seed generation with the Pixel Detector, CMS NOTE-2006/026.

[42] R. Frühwirth, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 262 (1987), no. 23, 444 – 450. http: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168900287908874.

[43] G. Abbiendi, A. Adam, J. Alcaraz, et al., Muon Reconstruction in the CMS Detector, CMS AN-2008/097.

[44] The CMS Collaboration, Commissioning of the Particle-flow Event Reconstruction with the first LHC collisions recorded in the CMS detector, Tech. Rep. CMS-PAS-PFT-10-001, CERN, Geneva, 2010.

[45] W. Adam, R. Frühwirth, A. Strandlie, and T. Todor, Reconstruction of Electrons with the Gaussian-Sum Filter in the CMS Tracker at the LHC, Tech. Rep. CMS-NOTE-2005-001, CERN, Geneva, 2005.

[46] S. Baffioni, C. Charlot, F. Ferri, et al., Electron Reconstruction in CMS, CMS NOTE 2006/40.

[47] M. Pioppi, Electron Pre-identification in the Particle Flow framework, CMS AN-2008/032.

[48] M. Cacciari, G. P. Salam, and G. Soyez, JHEP 2008 (2008), no. 04, 063.

[49] The CMS Collaboration, J. Instrum. 8 P04013 (Nov, 2012) P04013. 67 p. arXiv:hep-ex/1211.4462. CMS-BTV-12-001. CERN-PH-EP-2012-262.

[50] J. Alwall, M. Herquet, F. Maltoni, et al., JHEP 2011 (2011), no. 06, 128.

[51] P. Nason, JHEP 2004 (2004), no. 11, 040.

[52] S. Frixione, P. Nason, and C. Oleari, JHEP 2007 (2007), no. 11, 070.

[53] S. Alioli, P. Nason, C. Oleari, and E. Re, JHEP 2009 (2009), no. 09, 111.

[54] T. Sjöstrand, P. Edén, C. Friberg, et al., Computer Physics Communications 135 (2001), no. 2, 238 – 259.

[55] B. Andersson, The Lund Model, vol. 7 of Cambridge Monographs on Particle Physics, Nuclear Physics and Cosmology. Cambridge University Press, 2005.

[56] S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 506 (2003), no. 3, 250 – 303.

[57] J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis, et al., Nuclear Science, IEEE Transactions on 53 (2006), no. 1, 270–278.

[58] N. Kidonakis, NNLL threshold resummation for top-pair and single-top production, 1210.7813.

[59] R. Gavin, Y. Li, F. Petriello, and S. Quackenbush, W physics at the LHC with FEWZ 2.1, ANL-HEP-PR-11-83, NUHEP-TH/12-01, PSI-PR-12-01, arXiv:hep-ph/1201.5896.

[60] R. Gavin, Y. Li, F. Petriello, and S. Quackenbush, Computer Physics Communications 182 (2011), no. 11, 2388 – 2403.

[61] The ATLAS Collaboration, M. Bianco, E. Gorini, M. Primavera, and A. Ventura, Scale Factors for Muon Trigger Efficiency on 2012 ATLAS data, http://annualreport.dmf.unisalento.it/2012/experiment/ ScaleFactors_ventura.pdf.

[62] J. C. Estrada Vigil, Maximal Use of the Kinematic Information for the Extraction of the Mass of the Top Quark in Single-lepton tŧ Events at DØ. PhD thesis, University of Rochester, Rochester, New York, 2001. http://www-d0.fnal.gov/results/publications_talks/thesis/ estrada/thesis.ps.

[63] The DØ Collaboration, Nature 429 (June, 2004) 638–642.

[64] O. Mattelaer, A new approach to matrix element reweighting. PhD thesis, Université Catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve, 2011. http://cp3.irmp.ucl.ac.be/upload/theses/phd/mattelaer.pdf.

[65] P. Artoisenet and O. Mattelaer, MadWeight: automatic event reweighting with matrix elements, in Prospects for Charged Higgs Discovery at Colliders. Uppsala, Sweden, September, 2008. PoS(CHARGED2008)025.

[66] P. Artoisenet, V. Lemaître, F. Maltoni, and O. Mattelaer, MadWeight Wiki, https://cp3.irmp.ucl.ac.be/projects/madgraph/wiki/MadWeight.

[67] J. Thaler, LHCO format, http://madgraph.phys.ucl.ac.be/Manual/lhco.html.

[68] Procedure for the LHC Higgs boson search combination in summer 2011, Tech. Rep. ATL-PHYS-PUB-2011-011, CERN, Geneva, Aug, 2011.

[69] G. Cowan, K. Cranmer, E. Gross, and O. Vitells, The European Physical Journal C 71 (2011), no. 2, 1–19. arXiv:1007.1727.

[70] A. L. Read, J. Phys. G28 (2002) 2693.

[71] T. Junk, Nucl. Instrum. Meth. A434 (1999) 435.

[72] G. P. Salam, Towards Jetography, arXiv:hep-ph/09061833.

Universiteit of Hogeschool
Master of Science in de Fysica en de Sterrenkunde
Publicatiejaar
2013
Kernwoorden
Share this on: