Измерение процесса радиационного рождения пары топ-кварк-антикварк на ускорителе Tevatron в эксперименте CDF тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

UUJ4876S1

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Теоретической и Экспериментальной Физики им А.И.Алиханова

На правах рукописи

ШРЕЙБЕР ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА

Измерение процесса радиационного рождения

пары топ-кварк-антикварк

на ускорителе TEVATRON в эксперименте CDF

специальность 01.04.23 - физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 о ДЕК 2009

Москва 2009 г.

003487651

УДК 539.126

Работа выполнена в ФГУП ГНЦ РФ Институт Теоретической и Экспериментальной Физики им. А. И. Алиханова, г. Москва.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук А. А. Ростовцев (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

доктор физ.-мат. наук Л. К. Гладилин (НИИЯФ МГУ, г. Москва) доктор физ.-мат. наук В. Б. Гаврилов (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

Ведущая организация:

ИПМ им. М. В. Келдыша РАН (г. Москва)

Защита состоится 22 декабря 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 201.002.01 в конференц-зале ГНЦ РФ ИТЭФ по адресу: г. Москва, ул. Б. Черемушкинская д. 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭФ.

Автореферат разослан 20 ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физ.-мат. наук Васильев В.В.

1. Общая характеристика работы

В диссертации представлен поиск физических явлений, неописываемых в рамках Стандартной Модели (СМ) [1]. Произведен поиск событий, содержащих лептон, фотон, адронную струю b-кварка (b-струю) и значительную потерянную поперечную энергию (J£T) - ij^b. Также, впервые на экспериментальных данных был изучен процесс радиационного рождения пары топ-кварк-антикварк (tt-y) и было измерено сечение рождения tt-f. В работе используется техника поиска "по виду событиядля выбранного типа события оценивается вклад от процессов СМ, учитывается неверная идентификация тех или иных объектов в детекторе, и затем проверяется, описывает ли СМ результат, полученный экспериментально. В настоящей работе использованы данные, набранные за период с 2002 по 2007 гг. на экспериментальной установке CDF, работающей на ускорительном комплексе Tevatron, при энергии столкновения рр -v/s = 1.96 ТэВ. Данные соответствуют интегральной светимости l.OftT1.

1.1. Актуальность темы

Несмотря на то, что самый тяжелый кварк в СМ, t-кварк, был открыт уже более 10 лет назад, многие его свойства до сих пор остаются неизученными. Большая масса t-кварка предполагает, что он может играть значительную роль в электрослабом нарушении симметрии. Следовательно, Новая Физика (НФ), связанная с электрослабым нарушением симметрии, может быть впервые обнаружена при изучении свойств t-кварка. Согласно СМ, вероятность образования ii-пары совместно с высоко-энергетичным фотоном примерно в 100 раз меньше, чем просто образования tt-пары. Возможными указаниями на физику за пределами СМ будут являться отклонения, обнаруженные при изучении ассоциативного рождения t-кварка с переносчиками электрослабого взаимодействия.

Tevatron, как наиболее высоко-энергетичный ускорительный комплекс, ускоряющий в кольце протоны и антипротоны до энергии 0,98 ТэВ, обладает уникальной возможностью для поиска физики за пределами СМ. На предыдущей стадии эксперимента CDF Run I были обнаружены

события, которые можно было интерпретировать как отклонения от СМ. Хотя величина отклонения не была статистически значимой, этот эксперимент привел к активности в теоретическом сообществе. Были сделаны предсказания рождения частиц с массами порядка 100-200 ГэВ в рамках теорий Техницвета [2] и Суперсимметрии [3,4].

Изучение свойств t-кварка является одной из основных экспериментальных задач на пути дальнейшего развития физики элементарных частиц. Проверка предсказаний различных теорий НФ представляет собой важный этап поиска физики за пределами СМ. Таким образом, тема настоящей диссертационной работы является актуальной.

1.2. Цель и задачи исследования

В диссертации представлены результаты экспериментального обнаружения событий вида Hjfijb и ttj, получены оценки вероятности этих событий и проведено сравнение полученных данных с предсказаниями СМ. Целью работы являлся поиск НФ за пределами СМ. Кроме того, в процессе работы предполагалось определить сечение процесса радиационного рождения it. Для этого диссертантом были решены следующие задачи:

1. Была разработана методика поиска нужных событий, т.е. предложена модель интерпретации наблюдаемых треков; оценена ошибка, вносимая фоном от похожих событий, и сформулировано дополнительное условие (критерий отбора) на событие, снижающее ошибку фона;

2. Для получения и обработки экспериментальных данных была создана программа контроля высокого напряжения калориметра, которая обеспечивала непрерывный контроль соответствующего параметра в калориметрической системе CDF, а также была осуществлена разработка, поддержка и развитие программного пакета визуализации событий в эксперименте CDF Run II Event Display (EVD);

3. Была проведена статистическая обработка результатов экспериментов. Поскольку распад tt приводит к наблюдению в детекторе лептона (мюона или электрона), фотона и b-струи со смещенной вершиной, были отслежены события в двух каналах реакции - мюонном и электронном.

Решение этих задач позволило определить искомые характеристики процесса и провести сравнение результатов с теоретическими предсказаниями в рамках СМ.

1.3. Научная новизна

В эксперименте CDF Run II впервые изучался процесс радиационного рождения кварковой пары tt и полученные в диссертации результаты представляют новые знания о свойствах самой тяжелой из открытых фундаментальных частиц и процессах с ее участием. Впервые был наблюден процесс излучения фотона t-кварком и было экспериментально оценено сечение процесса Щ.

Кроме того, был сформулирован критерий отбора событий, позволяющий снизить влияние фона. Именно, требуется, чтобы наряду с лептоном, фотоном и b-струей со смещенной вершиной, событие характеризовалось бы большой полной поперечной энергией события Нт > 200 ГэВ, причем наблюдались бы еще (как минимум) две адронные струи, хотя бы одна из которых - Ь-струя.

В практике обработки данных, получаемых с детекторов событий, впервые использовались программные коды контроля высокого напряжения калориметра, обеспечившие непрерывный режим обработки, а также использовались программы визуализации единичных событий, что немаловажно для более глубокого теоретического осмысления процессов, наблюдаемых в эксперименте.

1.4. Научная и практическая значимость

Диссертантом представлены на защиту следующие результаты:

1. Идентификация объектов, методы оценки фонов из-за неверной идентификации лептонов и фотонов высокой энергии, оценка вкладов СМ.

2. Поиск событий вида ¿yfijb, содержащих лептон, фотон, адронную струю b-кварка (b-струю) и значительную потерянную поперечную энергию (]ЕТ) в эксперименте CDF Run II, и сравнение полученных результатов с предсказаниями СМ.

3. Впервые представлен поиск событий вида ttj, для которых помимо критериев отбора ¿jfljb были применены дополнительные критерии отбора.

4. Результаты наблюдения излучения фотона t-кварком и экспериментальное определение сечения рождения процесса tty. Оно составило crtj7 = 0.15 ± 0.08 pb.

Результаты настоящей диссертации имеют методическую, научную и практическую значимость.

Методическая значимость работы состоит в том, что соискателю удалось в процессе эксперимента, результаты которого рассмотрены в диссертации, не только собрать статистику основных событий, но и продемонстрировать эффективность работы программы их детектирования и визуализации, что

имеет большое значение в задаче поиска событий, которые при большей энергии столкновения могли бы быть интерпретированы в рамках НФ. Также важно, что радиационное рождение пары tt может быть использовано как контрольный класс событий для изучения ассоциативного рождения бозона Хиггса, ttH° в ожидающихся экспериментах на LHC. Разработаны эффективные критерии отбора для события радиационного рождения пары tt.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что экспериментально было оценено сечение процесса tty. Кроме того, были усовершенствованы программные комплексы сбора и обработки данных, что в значительной мере способствовало успешному проведению эксперимента.

Результаты работы используются в ГНЦ РФ ИТЭФ и в Лаборатории Ферми (США, Чикаго). Выводы и методики диссертации могут быть использованы также ЦЕРН в экспериментах на LHC, в ФГУП ГНЦ РФ ИФВЭ, в ОИЯИ (Дубна), в расчетно-аналитических исследованиях в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, в ВЦ РАН, в ИММ РАН, в учебных планах МГУ им. М.В. Ломоносова, МИФИ, МФТИ и других научных и учебных организациях, в программах работ которых существуют задачи, связанные с теоретическим или практическим изучением свойств элементарных частиц.

1.5. Апробация работы и публикации

Материалы, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в [5-7], докладывались на международных конференциях, включая ICHEP-2006 (Москва, Россия) [8], New Trends in High Energy Physics (Ялта, Украина) [6], SUSY (Карлсруе, Германия) [9], DIS08 (Лондон, Великобритания) [10], ICHEP-2008 (Филадельфия, США) [И], EPS09 (Краков, Польша), а также были представлены на совещании сотрудничества CDF и на совещаниях рабочих групп CDF по экзотике и физике фотонов. Результаты исследований рецензировались на научных семинарах ведущих организаций в области физики высоких энергий, в том числе входящих в состав сотрудничества CDF (Университет Чикаго, Университет Женевы и др.)

1.6. Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, приложения и списка литературы из 65 наименований. Каждая глава разбита на разделы, имеющие двойную нумерацию с указанием на соответствующую главу, и подпункты с тройной нумерацией с указанием на главу и соответствующий раздел. Формулы и рисунки внутри каждой главы имеют двойную нумерацию, с указанием на главу.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко описываются постановка задачи, расположение материала и формулируются основные результаты работы.

В диссертации изучается процесс радиационного рождения пары tt и проверяются предсказания СМ. Несмотря на то, что в настоящее время СМ физики элементарных частиц очень хорошо описывает огромную совокупность экспериментальных данных с ускорительных экспериментов, проявление физики за пределами СМ (так называемой "Новой Физики", НФ) возможно при энергиях порядка ТэВ [12]. Проверка предсказаний СМ, поиск эффектов за ее пределами, а также точное измерение свойств частиц и их взаимодействий являются целью экспериментальных исследований на современных ускорителях.

Наиболее высокая энергия столкновения (1,96 ТэВ) в системе центра масс протона и антипротона достигается в настоящее время в Лаборатории Ферми (США, Чикаго) на установке Tevatron. Эксперимент CDF Run II, результаты которого представлены в диссертации, отличается от предшествующей стадии Run I более высокой энергией пучков, обновленным ускорительным комплексом, более высокой светимостью, а также улучшением экспериментальной установки. Изучение столкновений при таких энергиях может привести к открытию физики за пределами СМ.

Первая глава носит вводный характер. В ней даются основные положения Стандартной Модели и направления исследований процессов за ее пределами, а также описываются стратегии поиска по виду события.

СМ - это квантово-полевая теория. Распространяющиеся колебания этих полей наблюдаются в лаборатории как элементарные частицы. Взаимодействия между частицами в СМ вводятся с помощью калибровочных симметрий. Это симметрия цветового заряда 5С/(3) и электрослабая симметрия SU{2) ® 17(1). На ускорительном комплексе Tevatron изучаются предсказания от иных моделей, в которых допускается существование новых частиц массой 100-200 ГэВ, а также проверяются и предсказания СМ.

В частности, возможными указаниями на физику за пределами СМ будут являться отклонения, обнаруженные при изучении ассоциативного рождения t-кварка с переносчиками электрослабого взаимодействия в СМ (ttj, ttW, ttZ).

В данной работе представлена проверка предсказаний СМ для событий вида (■"(¥•-? с дополнительной b-струей - tf )5Т6 . Необходимо заметить, что (r{ - это наиболее общий вид событий, в которых происходит рождение

пары й совместно с фотоном. Последующий распад пары ££ приводит к значительной потерянной энергии (более 20 ГэВ) и к наблюдению в детекторе лептона и Ь-струи со смещенной вершиной, а также фотона.

Разумеется, помимо искомых ¿¿-у событий в детекторе схожим образом выглядят и некоторые другие события, для которых Шкварки или фотоны отсутствуют. Для подавления фоновых событий накладываются дополнительные критерии отбора: минимум три адронные струи, из которых хотя бы одна Ь-струя, а также большая полная поперечная энергия события (более 200 ГэВ). При таком отборе, согласно СМ, наиболее вероятным является рождение ££-пары.

Поиск распадов с фотонами в конечном состоянии (в данном случае, совместно с парой 11) имеет ряд преимуществ. Фотон - это одна из фундаментальных частиц в электрослабой теории (в дополнение к массивным \У- и Z-бoзoнaм). Фотон связан с электрическим зарядом и поэтому излучается всеми заряженными частицами, включая частицы до взаимодействия (то есть кварки из взаимодействующего протона и антипротона), что важно для поиска невидимых конечных состояний.

Также, изучение рождения процесса ££ совместно с фотоном позволяет лучше понять схожие процессы - рождение пары ££ с другими бозонами, а также с бозоном Хиггса. Наконец, одна из важнейших мод распада бозона Хиггса - это распад на два фотона.

^кварк распадается на Ь-кварк (более легкий долгоживущий кварк из того же поколения, что и <;-кварк) и (массивную заряженную частицу), которые в свою очередь распадаются дальше; Ь-кварк до распада пролетает заметную дистанцию и приводит к рождению адронной струи со смещенной вершиной, так называемой Ь-струи. Первая мода распада '\У-бозона - заряженный лептон и нейтрино. Это приводит к обнаружению заряженной частицы (электрон или мюон) и так называемой потерянной энергии: нейтрино практически не взаимодействует с веществом и покидает детектор без прямого обнаружения. Вторая мода распада - адронные струи. I распадается схожим образом.

Следовательно, идеальное событие вида £¿7 выглядит как две Ь-струи (две адронные струи со смещенной вершиной, поскольку Ь-кварк до распада пролетает заметную дистанцию), лептон, потерянная энергия, две адронные струи с вершиной в точке взаимодействия, и фотон. Таким образом, поиск событий вида содержащих лептоны и фотоны высокой

энергии, а также Ь-струи, представляет хорошую возможность для проверки предсказаний СМ, а также для поиска явлений за ее пределами. Поиск ££7

является естественным продолжением поиска событий вида

Следует подчеркнуть, что до проведения настоящих исследований процесс излучения жесткого фотона при рождении it не был экспериментально обнаружен. Также, константа электромагнитной связи -одно из наиболее важных свойств t-кварка - не была измерена. В настоящей работе приводятся первые экспериментальные результаты в этой области.

Во второй главе описывается ускорительный комплекс Tevatron и эксперимент CDF Run II.

Tevatron - это синхротрон, кольцевой ускоритель-коллайдер, ускоряющий протоны и антипротоны в подземном кольце длиной 6,3 км до энергии 1.96 ТэВ в системе центра масс. Ускорение частиц происходит в шесть этапов. На первой стадии используется предускоритель- генератор Кокрофта-Волтона, где отрицательно заряженные ионы водорода ускоряются до энергии 750 кэВ. На второй стадии используется линейный ускоритель (150 м), ускоряющий ионы в переменном поле до энергии 400 МэВ. На третьей стадии ионы проходят углеродную фольгу, теряя электроны, и влетают в бустер (синхротрон диаметром 74.5 м), где за 20 тыс. оборотов разгоняются до 8 ГэВ. Из бустера протоны попадают в главный инжектор, где происходит их ускорение до 150 ГэВ, инжектирование (при энергии 120 ГэВ) в антипротонный источник, ускорение антипротонов до 150 ГэВ и инжекция протонов и антипротонов в главное ускорительное кольцо. В этом кольце они ускоряются до конечной энергии 980 ГэВ, совершая обороты в противоположных направлениях, и сталкиваются в двух точках ускорительного кольца, где расположены установки CDF и D0. На рис. 1 изображена схема разгона протонов (р) и антипротонов (р).

Установка CDF - один из основных детекторов Tevatron. В диссертации представлена схема эксперимента и описаны основные узлы установки CDF: трековая система, кремниевый детектор, центральная дрейфовая камера, система измерения времени пролета частиц, система калориметров, мюонная система, черепковские счетчики светимости, триггерная система.

Приведены также основные моменты усовершенствования установки для Run II. Они включают в себя:

новую систему сбора данных, оптимизированную для работы в режиме 132 не между столкновениями сгустков протонов и антипротонов; новый кремниевый детектор;

радиальное покрытие от 1.35 до 28 см, и покрытие по псевдобыстроте

Ы < 2;

новую центральную трековую камеру (СОТ) с меньшим временем дрейфа

Рис. 1: Схематический вид ускорительного копмлекса ТетаЛгоп. Протоны показаны сплошной стрелкой, антипротоны - прерывистой стрелкой.

и возможностью проведения до 96 измерений на трек;

калориметр на основе быстрых сцинтилляторов вплоть до ~ 3; расширенное покрытие мюонных систем, вплоть до [г/| ~ 1.5; новую улучшенную трехуровневую триггерную систему; систему времени регистрации пролета частиц.

Третья глава посвящена описанию методики отбора событий. События ¿у^Ь и £¿7 отбираются с помощью трехуровневой триггерной системы. На эти события накладывается требование, чтобы в них срабатывал триггер на лептон с Рт > 18 ГэВ в центральной части детектора, \т)\ < 1. Инклюзивный образец отбирается так, чтобы в событии был лептонный кандидат в центральной части детектора с потерянной поперечной энергией более 20 ГэВ, удовлетворяющий строгим критериям отбора, фотонный кандидат в центральном калориметре с Рт > 10 ГэВ, а также Ь-струя. Вершина взаимодействия должна быть в пределах 60 см от центра детектора по линии пучка.

В разделе 3.2 описаны критерии идентификации электронов в

центральной и торцевой частях калориметра, в разделе 3.3 - критерии идентификации мюонов, в разделе 3.4 - критерии идентификации фотонов.

К электронному кандидату, удовлетворяющему "строгим" критериям отбора, применяются следующие требования:

трек в СОТ с Рт, равным как минимум половине энергии ливня в электромагнитном калориметре;

поперечный профиль ливня в электромагнитном калориметре, соответствующий позиции трека;

распределение энергии между башнями в калориметре соответствует ожидаемому распределению для электронов; минимальная утечка в адронный калориметр.

Критерий "СтрогийЮО" используется для идентификации высокоэнергетичных электронов с > 100 ГэВ. Критерий "Свободный" используется для идентификации дополнительных электронов в событии.

Мюонный кандидат, удовлетворяющий "строгим" требованиям, обладает следующими свойствами: достоверный трек в СОТ,

трековый сегмент в мюонном детекторе согласуется с ожидаемым сигналом от мюона,

энергия в электромагнитном и адронном калориметрах соответствует ожидаемой энергии от мюона,

время прибытия сигнала в СОТ соответствует треку, происходящему из рр столкновения.

Для фотона требуется отсутствие трека с Рт > 1 ГэВ, и не более одного трека с Рт < 1 ГэВ, указывающего на кластер в калориметре. Также, для фотона ожидается хороший профиль электромагнитного ливня и минимальная утечка в адронный калориметр.

Идентификация Ь-струй описана в разделе 3.5. Поскольку Ь-кварки, образующиеся в результате распада пары Ы, успевают пролететь несколько миллиметров до момента своего распада, то они могут быть идентифицированы по вторичной вершине в струях с Ет > 15 ГэВ. Для определения вторичной вершины используются все треки с Рт > 0.5 ГэВ в пределах конуса радиуса 0.4 вокруг струи. Для определения первичной вершины выбираются треки, для которых прицельный параметр меньше 1 см.

По инвариантной массе вторичной вершины отбрасываются треки от распадов долгоживущих нейтральных частиц, а также конверсии фотона. Отбрасываются и вершины, координаты которых совпадают в пространстве

SecVtx Tag Efficiency for Top b-Jets 0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

SecVtx Tag Efficiency for Top b-Jets 0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

°0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

Jet Eta

Рис. 2: Эффективность определения b-струй с помощью строгого (Tight)/HecTpororo (Loose) SecVtx алгоритма как функция Ер и |т;| d эксперименте CDF.

с веществом детектора, как вторичные взаимодействия. Эффективность таггирования b-струй как функция Ет и Г) показана на рис. 2.

В разделах 3.6 и 3.7 описана методика реконструкции потерянной энергии и расчета полной поперечной энергии события.

В четвертой главе представлены результаты расчета вероятности искомого процесса в рамках СМ средствами математического моделирования.

Числа событий iy J£T6 и tt'у рассчитываются при помощи программ генерации MadGrapf и Pythia методом Монте-Карло. Выходные текстовые файлы программы симуляции обрабатываются с помощью разработанного для этих целей программного модуля LesHouch.es, после чего эта информация подается на вход программы моделирования данных

H Loose SecVtx Ш Tight SecVtx

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Jet Et (GeV)

экспериментальной установки CDF, в результате чего получаются симулированные данные в формате, идентичном реальным данным.

Поскольку процесс радиационного рождения пары tt оставался малоизученным, теоретические вычисления поправок к основным диаграммам (LO МС) события ¿¿7 не были завершены. В связи с этим были использованы оценочные поправки (13], на основе поправок для ttZ, till и tt.

Моделировались также и другие процессы, которые в СМ служат источниками для событий £7и tty. Это процессы рождения WZ, Wccrf, Wbbj, Wcy и Z(tt)7. Была проведена и оценка числа изучаемых событий для выборок WW, ZZ и i + 7; они оказались пренебрежимо малыми и далее не рассматривались.

В пятой главе проводится анализ влияния фона от неверной идентификации частиц (фотонов, лептонов, Ь-струй).

В разделе 5.1 рассматриваются три источника фоновых фотонов. Первый источник фона - это фотоны от тормозного излучения электронов. Электрон, пролетая через трековую систему, излучает высокоэнергетичный фотон, а сам теряет энергию и отклоняется от первоначального направления, что приводит к обнаружению фотона вместо (или вместе) с электроном. Второй источник фона - это адронные струи, в которых 7г° или фотон из распада адрона имитирует фотон, рожденный напрямую в исследуемом событии. Третий источник фона, дающий относительно небольшой вклад, - это фотон, полученный из т-распада. В первом и втором случаях вероютность фоновых событий была рассчитана на основе данных, а а в третьем случае - на основе Монте-Карло. Пример зависимости вероятности ложной идентификации адронной струи как функция поперечной энергии струи приведен на рис. 3.

В разделе 5.2 оценивается фон от лептонов. Требование присутствия в событии высокоэнергетичного изолированного лептона и потерянной поперечной энергии значительно увеличивает число реальных W-бозонов в отобранной выборке. Однако КХД события, которые не содержат реальных W-бозонов, могут пройти критерии отбора. Источниками фона от лептонов могут быть фотонная конверсия (для электронов), неверно идентифицированные пионы и каоны (для мюонов) и полулептонный распад тяжелых кварков. Для измерения фона от событий, не содержащих W/Z, формируется "не-W/Z" (КХД) выборка, в которой ожидается минимум настоящих лептонов: отбираются лептоны, проходятцие нестрогие требования идентификации, и отсекаются события с W или Z кандидатами.

Ригие

0.0015

0.0005

0.0025

0.002

0.001

. I . . . I ■ . ТТ-г-^ , I ... I ,, | I 20 40 60 80 100 120

140

Рис. 3: Зависимость вероятности ложной идентификации адронной струи как функции поперечной энергии струи.

В разделе 5.3 проводится оценка числа неверно оцененных Ь-струй. Треки в пределах струи от распада легких ароматов могут удовлетворять условиям определения вторичной вершины, а, следовательно, струя может быть неверно идентифицирована как Ь-струя. Причинами, по которым такие струи могут быть неверно идентифицированы, являются: ограниченная разрешающая способность детектора, распад долгоживущих частиц, взаимодействие с веществом детектора.

Для оценки числа неверно идентифицированных Ь-струй используется 8ес\Чх-алгоритм [14].

В шестой главе проводится анализ систематических ошибок. Ошибки подразделяются на экспериментальные (раздел 6.1), теоретические (раздел 6.2) и ошибку в определении светимости (раздел 6.3).

Вклад в систематические ошибки для предсказаний СМ дают следующие составляющие:

ошибка на теоретические предсказания, включая неопределенности на N1(0 вычисления;

ошибка в определении светимости (6%);

ошибка в определении триггерных эффективностей (2% для мюонов и 1% для электронов);

|z_vert| < 60 - 1%;

эффективность идентификации мгоона - 2%;

эффективность идентификации электрона - 1%;

эффективность идентификации фотона - 4%;

эффективность идентификации b-струи - 5%.

Суммарная теоретическая систематическая ошибка для tty образцов (полулептонного и дилептонного) составляет 15%, а для образцов Wy + тяжелые частицы - 50% в связи с большой ошибкой на к-фактор.

Систематическая ошибка в определении светимости составляет 6%. Эта ошибка включает неопределенность аксептанса и работы CLC (4.4%), а также неопределенность теоретического расчета полного сечения (4%, согласно [15]).

В седьмой главе представлены результаты поиска событий ¿"fj^b и tt~f в данных эксперимента CDF Run II в электронном и мюонном каналах.

В категории обнаружено 28 событий, из которых 16 событий - в

электронном канале и 12 событий - в мюонном канале. После наложения требования Нт > 200 ГэВ было обнаружено 19 событий (10 в электронном и 9 в мюонном каналах). Для категории tfy после наложения требования на число струй найдено 16 событий, удовлетворяющих критериям отбора, по 8 в каждом канале.

Одно из событий, прошедших критерии отбора для ttj, является наиболее интересным. Оно содержит 4 высокоэнергетичных струи, две из которых - b-струи. Восстановленная масса t-кварка для этого события составила 166.5 ГэВ. На рис. 4 показан EVD СОТ дисплей для данного события.

Число наблюдаемых экспериментально и ожидаемых согласно CM ij^q-b событий приводится в табл. 1, a ttj событий - в табл. 2. Число обнаруженных £7 JC-r6 событий равно 28, тогда как в рамках СМ ожидается 3I.OI3 9 событий. Для tiy в эксперименте обнаружено 16 ¿¿7 событий, при ожидании 11.21^1 событий. Таким образом, было установлено, что число событий в категориях £7|£ТЬ и tt-y соответствует предсказаниям СМ.

В результате проведенных экспериментов оказалось возможным определить сечение рождения Lly. Недостаток количества данных не позволяет получить большую точность этой оценки. Ожидается, что такая возможность появится на данных LHC. Тем не менее, это первый экспериментальный результат определения сечения данного процесса. Сечение определяется по формуле

Run 193396 Event 1050006, HT = 292GeV

Рис. 4: Event Display COT для tt^y события.

Таблица 1: Число наблюдаемых экспериментально и ожидаемых согласно СМ ¿7ртЬ событий. ___

Lepton + Photon + Эг + 6 Events

СМ e76)5T Plbfir (е + д)7Ь)Ет

ttj полулептонные 2.06 ± 0.38 1.52 ±0.28 3.58 ± 0.65

ttj дилептонные 1.30 ±0.23 1.02 ±0.18 2.32 ±0.41

W*ey 1.58 ±0.83 1.51 ± 0.80 3.09 ±1.59

W^ccry 0.17±0.12 0.46 ±0.26 0.63 ± 0.35

W4 67 1.30 ±0.67 0.88 ±0.46 2.18 ±1.11

г(тт)-у 0.13 ±0.09 0.11 ±0.08 0.24 ±0.12

WZ 0.08 ± 0.04 0.01 ±0.01 0.09 ± 0.04

т —♦ 7 0.12 ±0.04 0.10 ± 0.03 0.22 ± 0.05

Jet faking 7 4.56 ±1.92 3.02 ±1.19 7.58 ±3.11

Mistagged Ь-jets 4.11 ±0.41 3.54 ± 0.37 7.65 ± 0.70

QCD 1.5 ±0.8 0.0±i;g 1 Т»-3 -0.8

eeJ£Ti>, e—»7 1.50 ±0.28 - 1.50 ±0.28

¿ieJ5Tö, e—>7 - 0.45 ±0.10 0.45 ±0.10

Предсказания CM 18.4 ± 2.4(ioi) 12.6t\%(tot) 31.0i^(iof)

Наблюдено 16 12 28

0 _ _ Npbs Nbgd

^(¡7 Х ей', Х £

где N0bs есть число обнаруженных событий tij, N^ - число событий фона, Atty - аксептанс для tt'y, £Uj - эффективность отбора событий, С -

Таблица 2: Число наблюдаемых экспериментально и ожидаемых согласно СМ йу событий.__

tt-y

СМ eybfir (e + /i)7bPг

£¿7 полулептонные 1.97 ±0.36 1.47 ±0.27 3.44 ± 0.62

Щ дилептонные 0.52 ±0.10 0.43 ± 0.08 0.95 ±0.17

W±cy O.O+g05 o.oig05 0+o.or

W±ccy o.oi°04 0.03 ±0.03 0.03ÎâS

WHby 0.13 ±0.08 0.02 ± 0.02 0.15 ±0.09

WZ 0.02 ± 0.02 o.oig02 0.02 ±0.02

т-> 7 0.08 ± 0.01 0.02 ±0.01 0.10 ±0.01

Jet faking 7 2.37 ±1.22 1.42 ±0.70 3.79 ±1.92

Mistagged Ь-jets 0.78 ±0.20 0.83 ±0.22 1.61 ±0.31

QCD 0.5 ±0.5 0.0«:° 0.5Î&

eejLrb, e—>7 0.34 ±0.11 - 0.34 ±0.11

e—>7 - 0.20 ± 0.06 0.20 ± 0.06

Предсказания CM 6.7 ± lA(tot) 4.4Îfô(tot) 11.2i'^(<ot)

Наблюдено 8 8 16

интегральная светимость.

Аксептанс и эффективность были рассчитаны с помощью Mad-Graph образца tty. Сечение для данного образца равно 0.073 pb. Полный образец, после симуляции и реконструкции, содержит 43724 события. Число событий, прошедших критерии отбора, с учетом поправочных коэффициентов и триггерной эффективности, составляет 681 для электронного канала и 484 для мюонного канала.

Статистическая ошибка в расчете полной ошибки измерения сечения рождения является доминирующей в связи с очень малой статистикой. Ошибка же на эффективность, аксептанс и светимость равна 11%.

Таким образом, сечение рождения ify равно

ath = 0.15 ± 0.08 рЪ. (2)

Теоретическое предсказание для сечения рождения ttj было получено из MadGraph полулептонного образца и составляет ахц = 0.08 ± 0.01 рЪ.

Восьмая глава посвящена описанию программных кодов, разработанных и внедренных диссертантом в эксперимент CDF Run II для сбора, обработки и визуализации результатов.

В разделе 8.1 описана программа контроля высокого напряжения калориметра, разработанная диссертантом. Программа обеспечила непрерывный контроль за высоким напряжением калориметров СЕМ,

СНА и WHA, что позволило избежать остановок в работе детектора и сборе данных. Эта программа была интегрирована в среду MCS Run II и использовала коммерческое программное оборудование iFix для создания баз данных. Находясь в режиме AUTO-READ в реальном времени, программа обеспечивала последовательное считывание значений напряжения с калориметров СЕМ, СНА и WHA, заполнение соответствующей базы данных на локальном компьютере и на сервере центра контроля CDF. Интервал между считываниями составлял 2 часа, что позволяло осуществить необходимую подстройку и своевременный ремонт аппаратного обеспечения между последовательными считываниями. Кроме того, каждые 12 минут посылался сигнал на сервер центра контроля, что позволяло диагностировать случаи остановки работы системы. Данная программа, находясь в режиме EXPERT, позволяла также осуществлять проверку, управление и тестирование высокого напряжения, и диагностику необходимого ремонта.

В разделе 8.2 описан программный продукт Event Display (EVD), разработанный группой ИТЭФ для визуализации результатов эксперимента CDF Run II. С 2008 г. диссертант является ответственным исполнителем данного проекта. Программный пакет EVD является частью детектора CDF Run II и используется для контроля за сбором и обработкой данных в режиме реального времени и для анализа наблюдаемых событий. Таким образом, этот продукт является важной составляющей в работе системы как на стадии сбора, так и на стадии обработки информации.

Данные, полученные на Tevatron воспринимаются детектором как последовательность импульсов. Обработка данных происходит с помощью программ распознавания и анализа. Формой представления результатов являются, как правило, таблицы, графики и гистограммы, основанные на статистической обработке множества событий. Графическое же изображение одиночного события является важным средством проверки алгоритма реконструкции события, анализа физических данных, диагностики работы системы, и необходимо для осмысления происходящих физических процессов. Цель программы EVD - дать наглядное изображение событий и обеспечить доступ к необработанным и реконструированным данным.

В заключении представленны основные результаты диссертации, указывается уровень их теоретической и практической значимости, а также очерчиваются перспективы дальнейших исследований, в том числе на LHC, использующих настоящие данные как контрольные.

1. В работе представлен поиск физики за пределами Стандартной

Модели (СМ) при максимально доступной на сегодняшний день энергии столкновения pp. Областью исследования стали события вида ¿yf^b и Щ, содержащие лептоны и фотоны высокой энергии.

2. Был осуществлен поиск событий вида + b-кварк в эксперименте CDF Run II на данных с общей светимостью 1.9 fb""1 на ускорителе Теватрон.

3. Был осуществлен поиск событий вида tt^. При наложении дополнительных условий на число струй и полную поперечную энергию в событиях вида êj^b, основной вклад вносит радиационное рождение пары if- события вида tt-y.

4. Было проведено сравнение полученных результатов с предсказаниями СМ. На основе изученных данных для событий вида ¿jJH^b и tïj было установлено, что число экспериментально обнаруженных событий соответствует предсказаниям СМ.

5. Было измеряно сечение рождения процесса tt-y, что составило cr(t7 = 0.15 ± 0.08 pb по сравнению с теоретическими предсказаниями at{7 = 0.08 ± 0.01 рЬ. Более точная оценка поперечного сечения не представляется возможной на данной стадии эксперимента в евши с очень низкой статистикой.

6. Исследованные каналы событий важны как для проверки СМ, так и для поиска событий, интерпретируемых в рамках НФ при большей энергии столкновения. Важно, что радиационное рождение пары it может быть использовано как контрольный класс событий для изучения ассоциативного рождения на LHC. Ожидается, что с началом работы LHC и гораздо большей статистикой, радиационное рождение tt может быть измерянно на экспериментах ATLAS и CMS с гораздо большей точностью, что позволит измерить заряд топ-кварка [16].

В приложении приведены списки зафиксированных событий для электронов и мюонов. Представлены экспериментальные кинематические распределения инвариантных масс для лептон-фотонной системы. Приведены также поправочные коэффициенты и триггерная эффективность, используемые при расчетном усреднении событий по методу Монте-Карло.

Публикации автора по теме диссертации

[1] T. Aaltonen,..., I. Shreyber et al., "Searching the Inclusive Lepton + Photon + Missing ET + b-quark Signature for Radiative Top Quark Decay and Non-Standard-Mode] Processes," Phys. Rev. D 80, 011102 (2009).

[2] I. Shreyber [CDF Collaboration], "Searching for new physics at CDF," FERMILAB-CONF-06-410-E;

[3] A. Abulencia, ..., I. Shreyber et al., "Search for new physics in lepton + photon + X events with 929 pb(-l) of collision at TeV," Phys. Rev. D 75, 112001 (2007).

[4] D. Litvintsev, A. Loginov, I. Shreyber, 'The CDF Run II Event Display,"

Список литературы

[1] S.L. Glashow, Nucl. Phys. 22 588, (1961); S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19 1264, (1967); A. Salam, Proc. 8th Nobel Symposium, Stockholm, (1979).

[2] Kenneth Lane and Estia Eichten. Natural topcolor-assisted technicolor. Physics Letters B, 352:382, 1995.

[3] S. Ambrosanio and G.L. Kane and Graham D. Kribs and Stephen P. Martin and S. Mrenna. Supersymmetric Analysis and Predictions Based on the CDF E E Gamma Gamma Plus Missing Transverse Energy Event. Phys. Rev. Lett., 76:3498, 1996.

[4] Savas Dimopoulos, Michael Dine, Stuart Raby, and Scott Thomas. Experimental signatures of low energy gauge mediated supersymmetry breaking. Physical Review Letters, 76:3494, 1996.

[5] T. Aaltonen et al. Searching the Inclusive Lepton + Photon + Missing ET + b- quark Signature for Radiative Top Quark Decay and Non- StandardModel Processes. Phys. Rev., D80:011102, 2009.

[6] Irina Shreyber. Searching for new physics at CDF (Crimea, 2006). FERMILAB-CONF-06-410-E.

[7| A. Abulencia et al. Search for new physics in lepton + photon + X events with 929 рЫ-1) of pp collisions at y/s ~ 1.96-TeV. Phys. Rev., D75:112001, 2007.

[8] A. Pronko. Search for new physics with photons at CDF (ICHEP2006). FERMILAB-CONF-06-537-E.

[9] Andrey Loginov. CDF Searches for New Physics with Photons (SUSY2007). arXiv:0710.1964.

[10] Mario Campanelli. Photon final states at the Tevatron (DIS 2008). Prepared for 16th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS 2008), London, England, 7-11 Apr 2008; 10.3360/dis.2008.151.

[11] Max Goncharov. Searches for New Physics at CDF (ICHEP08) . arX-iv:0810.3692.

[12] Sally Dawson John F. Gunion (Editor) Howard E. Haber, Gordon Kane. Higgs Hunter's Guide. Westview Press, 2000.

[13] U. Baur, T. Han, and J. Ohnemus, Phys. Rev. D 48, 5140 (1993); J. Ohnemus, Phys. Rev. D 47, 940 (1993).

[14] Christopher Neu. CDF b-tagging: Efficiency and Mistags. PoS, TOP2006:015, 2006.

[15] S. Klimenko, J. Königsberg, T.M. Liss. Averaging of the inelastic crosssec-tions measured by the CDF and E811 experiments. Ftrmilab-FN-0741.

[16] U. Baur. Probing electroweak top quark coupling at hadron colliders. Phys. Rev. D, 71, 2005.

Подписано к печати 28.10.09 г. Формат 60x90 1/16

Усл. печ. л. 1,76 Уч.-изд. л. 1,31 Тираж 100 экз. Заказ 557

Отпечатано в ИТЭФ, 117218, Москва, Б.Черемушкинская, 25

Введение

1 Мотивация

1.1 Стандартная Модель.

1.2 Поиск физики за пределами Стандартной Модели.

1.3 Поиск по виду события.

1.4 и tt'y события.

2 Ускорительный комплекс Теватрон и эксперимент CDF

2.1 Ускорительный комплекс Теватрон.

2.2 Экспериментальная установка CDF.

2.2.1 Координатная система.'.

2.2.2 Трековая система.

2.2.3 Система измерения времени пролета частиц.

2.2.4 Калориметрия.

2.2.5 Мюонные системы.

2.2.6 Черенковские счетчики светимости.

2.2.7 Триггерная система.

3 Отбор событий

3.1 Данные, используемые для анализа, и основные критерии отбора

3.2 Идентификация электронов

3.2.1 Строгие критерии идентификации для электронов в центральном калориметре

3.2.2 Дополнительные электроны

3.3 Идентификация мюонов

3.3.1 Строгие критерии идентификации мюонов.

3.3.2 Дополнительные мюоны: CM UP и С MX.

3.4 Идентификация фотонов.

3.5 Идентификация струй b-кварков (b-струй).

3.5.1 Определение положения первичной вершины.

3.5.2 Определение положения вторичной вершины.

3.6 Реконструкция J£T.

3.7 Расчет полной поперечной энергии события, Нт.

4 Предсказания Стандартной Модели

4.1 Вычисление матричных элементов

4.2 Полулептонные ttj MadGraph события.

4.3 NLO/LO поправки для ttj МС.

4.4 Другие процессы СМ как источники £j fiTb и ttj событий.

4.4.1 Описание моделированных выборок.

4.4.2 NLO/LO

4.5 Сравнение образцов.

5 Оценка фонов

5.1 Фотонный фон.

5.1.1 Фотоны из тормозного излучения электронов.

5.1.2 Фотоны из адронных струй.

5.1.3 Фотоны из т распадов.

5.2 КХД фон.

5.2.1 КХД выборка

5.2.2 Метод оценки КХД фона.

5.2.3 Результаты оценки КХД фона.

5.2.4 Модифицированный метод оценки КХД фона.

5.3 Неверно идентифицированные b-струи.

6 Изучение систематических ошибок

6.1 Экспериментальные систематические ошибки.

6.2 Теоретические систематические ошибки.

6.2.1 Масштаб факторизации.

6.2.2 Функция распределения партонов (PDF).

6.2.3 К-фактор.

6.3 Систематическая ошибка в определении светимости.

7 События £j и ttj

7.1 Результаты поиска событий £jj£Tb и ttj.

7.2 Сравнение числа наблюдаемых и ожидаемых £jJ£Tb событий

7.3 Сравнение числа наблюдаемых и ожидаемых ttj событий.

7.4 Измерение сечения рождения процесса ttj.

8 Вклад диссертанта в развитие и работу CDF

8.1 Программа контроля высокого напряжения калориметра.

8.1.1 Аппаратное обеспечение HV для калориметра.

8.1.2 Программное обеспечение НУ для калориметра.

8.2 Программный пакет визуализации событий Event Display.

Физика высоких энергий - это передовое направление современной науки, конечной целью которого является открытие фундаментальных законов микромира, лежащих в основе эволюции материи во Вселенной, начиная с момента ее рождения при Большом взрыве. Задача физики элементарных частиц - найти элементарные составляющие материи и исследовать взаимодействия между ними. Современную физическую картину мира с наибольшей достоверностью описывает Стандартная модель (СМ) [1].

Несмотря на значительный успех СМ в описании экспериментальных данных, полученных на ускорителях, существует много причин, почему СМ ставится под сомнение. Она рассматривается в качестве "низко-энергетического приближения"к более общей теории, которая, в идеале, должна объединить все виды взаимодействий, включая стоящее за рамками СМ гравитационное взаимодействие. Следовательно, изучение новых явлений, подтверждающих или, напротив, опровергающих СМ, - первоочередная задача физики.

Теватрон (англ. Tevatron) - кольцевой ускоритель-коллайдер, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми недалеко от Чикаго. В настоящее время он имеет самую высокую в мире энергию пучков частиц. Теватрон - синхротрон, ускоряющий заряженные частицы, протоны и антипротоны, в подземном кольце длиной 6.3 км до энергии 0.98 ТэВ.

В диссертации представлены результаты поиска событий £y~fiTb и ttj на рр ускорителе Tevatron в эксперименте CDF Run II.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Идентификация объектов, методы оценки фонов из-за неверной идентификации лептонов и фотонов высокой энергии, оценка вкладов СМ.

2. Поиск событий вида ^у содержащих лептон, фотон, адронную струю b-кварка (b-струю) и значительную потерянную поперечную энергию (J5T) в эксперименте CDF Run II на данных с общей светимостью 1.9 fb-1, и сравнение полученных результатов с предсказаниями СМ.

3. Впервые представлен поиск событий вида ttj, для которых помимо критериев отбора £yfiTb были применены дополнительные критерии отбора: минимум 2 адронные струи (хотя бы одна из которых Ь-струя) и значительная полная энергия события. Согласно предсказаниям СМ, основным источником таких событий является процесс радиационного рождения пары топ-кварк-антикварк, ttj. Вероятность образования tt пары совместно с высоко-энергетичным фотоном, согласно СМ, во много раз меньше, чем просто пары топ-антитоп. Обнаружение аномального сигнала в радиационном рождении tt стало бы указанием на физику за рамками СМ.

4. Экспериментальное определение сечения рождения процесса ttj.

В работе используется техника поиска по виду события, для выбранного типа события оценивается вклад от процессов СМ, учитывается неверная идентификация тех или иных объектов в детекторе, и затем проверяется, описывает ли СМ результат, полученный экспериментально.

Основные результаты диссертации опубликованы в [2]. Материалы, изложенные в диссертации, опубликованы также в [3, 4, 5], и были представлены на конференции IHEP2006 (2006, Москва) [6], на Крымской конференции ("New trends in high-energy physics", Крым, 2006) [3], на конференции по Суперсимметрии (SUSY, Karlsruhe, 2007) [7], на конференции DIS08 (2008, London) [8], в докладе конференции ICHEP 2008 (Philadelphia, 2008) [9], а также на сессии плакатов ICHEP 2008, на конференции EPS'09 (Krakow, 2009).

Результаты изучения процесса радиационного рождения tt пары, были представлены на семинарах в Лаборатории Ферми (Чикаго), в Университете Женевы, а также были рецензированы многими институтами, входящими в состав сотрудничества CDF, среди которых Университет Чикаго (UC), Университет Davis, Университет Duke, Университет штата Мичиган (MSU), а также лаборатория Фермилаб.

Диссертант принял непосредственное участие в создании, развитии и поддержке программы контроля высокого напряжения калориметра. Для Run II было создано программное обеспечение, разработанное на основе программного пакета Visual С++ и Visual Basic компании Microsoft (MCS). Данная программа позволяет обеспечивать непрерывный контроль за высоким напряжением калориметрической системы CDF, что позволяет избежать остановок в работе детектора и сборе данных. В дополнение, диссертант является лидером проекта "CDF Run II Event Display"(EVD) [10, 5] с 2008 года [11]. EVD - это программный пакет визуализации событий, один из важнейших инструментов для их изучения. EVD широко используется как для анализа данных, так и для контроля данных в процессе сбора [12] в CDF.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и приложения.

Заключение

1. В данной работе представлен поиск физики за пределами Стандартной Модели (СМ) при максимально доступной на сегодняшний день энергии столкновения рр в эксперименте CDF Run II на данных с общей светимостью 1.9 fb1 на ускорителе Теватрон. Областью исследования стали события вида tjи ttj, содержащие лептоны и фотоны высокой энергии. Помимо СМ, согласно предсказаниям которой такие события достаточно редки, рождение таких событий возможно в разных моделях Новой Физики (НФ), таких как Суперсимметрия (SUSY). Следовательно, на первую роль выходит хорошее предсказаний понимание СМ - фона для событий такого вида в рамках НФ.

2. Был осуществлен поиск событий вида £j J£T + b-кварк в эксперименте CDF Run II на данных с общей светимостью 1.9 fb-1 на ускорителе Теватрон.

3. Был осуществлен поиск событий вида ttj. При наложении дополнительных условий на число струй и полную поперечную энергию в событиях вида £jJQTb, основной вклад вносит радиационное рождение пары tt- события вида ttj.

4. Было проведено сравнение полученных результатов с предсказаниями СМ. На основе изученных данных для событий вида £jfiTb и ttj можно сделать вывод, что на данной стадии эксперимента не было обнаружено отклонений от предсказаний СМ. Число обнаруженных ТЬ событий равно 28, тогда как в рамках СМ ожидается 31.01з;д событий. Для ttj в эксперименте обнаружено 16 ttj событий, при ожидании 11.212л событий. Таким образом, было установлено, что число событий в категориях £j)£Tb и ttj соответствует предсказаниям СМ.

5. Было измеряно сечение рождения процесса ttj, что составило att-r = 0.15 ± 0.08рЬ по сравнению с теоретическими предсказаниями att-( = 0.08 ± 0.01р6. Более точная оценка поперечного сечения не представляется возможной на данной стадии эксперимента в связи с очень низкой статистикой.

6. Исследованные каналы событий важны как для проверки СМ, так и для поиска событий, интерпретируемых в рамках НФ при большей энергии столкновения. Важно, что радиационное рождение пары tt может быть использовано как контрольный класс событий для изучения ассоциативного рождения ttH° на LHC. Ожидается, что с началом работы LHC и гораздо большей статистикой, радиационное рождение tt может быть измерено на экспериментах ATLAS и CMS с гораздо большей точностью, что позволит измерить заряд топ-кварка [21].

7. Была произведена разработка и поддержка программного обеспечения, которое позволило осуществлять непрерывный контроль за высоким напряжением калориметрической системы CDF, а также поддержка и развитие программы визуализации событий EVD.

Благодарности

В первую очередь хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю Андрею Африкановичу Ростовцеву за постановку интересных задач, за поддержку и критику, а также за создание стимулирующей научной атмосферы.

Особую благодарность хочу выразить профессору Университета Чикаго H.J. Frisch за совместную работу над физическим анализом и выпуском статей, а также за помощь в организации моих визитов в CDF.

Я бесконечно признательна Андрею Логинову за помощь и сотрудничество, за критику и поддержку, за терпение и понимание.

Я благодарна Т. Steltzer, S. Мгеппа, F. Maltoni и J. AlwalL за развитие и поддержку MadGraph и Pythia. U. Baur оказал большую помощь с работой над ttj и Baur МС, а также предоставил К-факторы для оценки ttj СМ предсказаний.

Я приятно поблагодарить сотрудников CDF А.Парамонова, и С. Wolfe, Y. Shin-Shan, S. Levy, С. Pilcher, R. Culbertson, M. Гончарова, А. Пранько, H. Hayward,

B. Heinemann, , M. Kirby, J. Nachtman, А. Сафонова, С. Neu, D. Toback, J. Tsui, S. Tsuno, S.M. Wang, S. Hahn, А. Иванова и Un-Ki Yang за их вклад в работу.

Я благодарна рецензентам моей научной работы в сотрудничестве CDF R. Blair, Т. Schwarz, Т. Phillips за помощь в подготовке статьи [2] к печати.

Я признательна своим коллегам из ИТЭФ Г. Сафронову, А. Кропивницкой,

C. Семенову, П. Пахлову, Е. Тарковскому, В. Егорычеву, JI. Литовкиной, Е. Филимоновой, В. Егорычеву, Е. Минервиной, А. Жокину и А. Крохотину за многочисленные полезные обсуждения и помощь.

Мне бы хотелось поблагодарить моих друзей Н. Криволапова, Г. Старкову, А. Никитина, Е. Мишину, Е Garcia, A. Gustafsson, П. Морозову за помощь и поддержку.

Хочу выразить безграничную благодарность моим близким: моим родителям Л. Шрейбер и В. Шрейбер, моему брату Д. Шрейбер, и конечно F. Tecker, без помощи и поддержки которых выход данной работы был бы невозможен.

1. S.L. Glashow, Nucl. Phys. 22 588, (1961); S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19 1264, (1967); A. Sal am, Proc. 8th Nobel Symposium, Stockholm, (1979).

2. A. Abulencia et al. Search for new physics in lepton + photon + X events with 929 рЫ"1) of pp collisions at ^/s = 1.96-TeV. Phys. Rev., D75:112001, 2007.

3. D.Litvintsev, A.Loginov, I.Shreyber. The CDF Run

4. Event Display. CDF Note 7054; http://wwwcdf.fnal.gov/upgrades/computing/projects/display/EventDisplay.html, 2006.

5. A. Pronko. Search for new physics with photons at CDF (ICHEP2006). FERMILAB-CONF-06-537-E.

6. Andrey Loginov. CDF Searches for New Physics with Photons (SUSY2007). arX-iv:0710.1964.

7. Mario Campanelli. Photon final states at the Tevatron (DIS 2008). Prepared for 16th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS 2008), London, England, 7-11 Apr 2008; 10.3360/dis.2008.151.

8. Max Goncharov. Searches for New Physics at CDF (ICHEP08) . arXiv:0810.3692.

9. CDF Run II Event Display Code is available at: http://cdfkits.fnal.gov/CdfCode/source/RootEventDisplay/ http: / / cdfkits.fnal.gov / CdfCode / source/RootMods/.

10. CDF Run II Event Display Team: James Bellinger (UoW, Madison) Jong-young Chung (OSU) YeonSei Chung (UR) Elena Gerchtein (ITEP) Robert Harr (WSU) Konstantin Kotelnikov (ITEP)

11. Dmitry Litvintsev (ITEP, Project Leader 1998-2001)

12. Andrei Loginov (ITEP, Project Leader 2001-2006)1.ina Shreyber (ITEP, Project Leader 2008-present time)1. Akiya Miyamoto (KEK)1. Pasha Murat (Fermilab)1. Carsten Rott (Purdue)

13. Kurt Rinnert (University of Karlsruhe)1. Tony Vaiciulis (UR)

14. Elena Vataga (New Mexico Univ.) .

15. A.Loginov, Yen-Chu Chen for CDF Collaboration. The CDF Run II Live Events. Live Events Page, 2006.

16. Sally Dawson John F. Gunion (Editor) Howard E. Haber, Gordon Kane. Higgs Hunter's Guide. Westview Press, 2000.

17. Kenneth Lane and Estia Eichten. Natural topcolor-assisted technicolor. Physics Letters B, 352:382, 1995.

18. S. Ambrosanio and G.L. Kane and Graham D. Kribs and Stephen P. Martin and S. Mrenna. Supersymmetric Analysis and Predictions Based on the CDF E E Gamma Gamma Plus Missing Transverse Energy Event. Phys. Rev. Lett., 76:3498, 1996.

19. Savas Dimopoulos, Michael Dine, Stuart Raby, and Scott Thomas. Experimental signatures of low energy gauge mediated supersymmetry breaking. Physical Review Letters, 76:3494, 1996.

20. Andrei Loginov. Search for anomalous production of events with a high energy lepton and photon at the Tevatron. Thesis.

21. D. Toback, Ph.D. thesis, University of Chicago, 1997.

22. J. Berryhill, Ph.D. thesis, University of Chicago, 2000.

23. T. AfFolder et al. Searches for new physics in events with a photon and b-quark jet at CDF. hep-ex/0106012, Phys. Rev. D65:052006, 2002.

24. U. Baur. Probing electroweak top quark coupling at hadron colliders. Phys. Rev. D, 71, 2005.

25. S. P. Martin. A Supersymmetry Primer, in Perspectives on Supersymmetry, G. Kane, editor. Singapore: World Scientific, 1998.

26. Charles W. Schmidt. The fermilab 400-mev linac upgrade. Presented at 1993 Particle Accelerator Conference (РАС 93), Washington, DC, 17-20 May 1993.

27. Fermilab Beam Division. Main Injector at Tevatron. Technical Report http: //www-bd.fnal.gov/runll/index.html.

28. D. Acosta et al., Nucl. Instrum. Meth. A518:605-608, 2004.

29. Balka et al., Nucl. Instrum. Meth. A267, 272 (1988).

30. S. Bertolucci et al., Nucl. Instrum. Meth. A267, 301 (1988).

31. M.G. Albrow et al., Nucl. Instrum. Meth. A480, 524 (2002).

32. Helen Hayward. Measurement of Z°7 Production in pp Collisions at y/s=1.96 TeV. Thesis.

33. F. Abe et al. The CDF 2 detector technical design report. CDF Note FERMILAB-Pub-96/390-E, CDF, 1996.

34. CDF Collaboration. CDF Run II Muon Chambers. http://www-cdfonline.fnal.gov/cdfmuon/chambers.html.

35. T.Dorigo. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol 461, 1, 2001.

36. D. Acosta. The CDF Cherenkov luminosity monitor. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Vol 461, Issues 1-3, p540-544, 2001.

37. E811 Collaboration. A Measurement of the Proton Anti-Proton Total Cross Section at S**(l/2) = 1.8 TeV. Phys.Lett.B445:419~422, 1999.

38. S. Klimenko, J. Konigsberg, T.M. Liss. Averaging of the inelastic crosssections measured by the CDF and E811 experiments. Fermilab-FN-0741

39. A. Bardi et al. SVT: An Online Silicon Vertex Tracker For The CDF Upgrade. Nucl.Instrum.Meth.A, 409:658-661, 1998.

40. G.Punzi, L.Ristori. SVT THE SILICON VERTEX TRACKER. CDF Note 1872, CDF, 1992.

41. P. Onyisi and the UC CDF Physics Group, http://hep.uchicago.edu/cdf/flatntuple. 2004.

42. UC CDF Physics Group. The ucntuple DATA and MC sets. http://hep.uchicago.edu/cdf/datasets/.

43. D. Acosta et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. D 71, 032001 (2005).

44. C. Hill, J. Incandela, and C. Mills. Electron identification in offline release 5.3. CDF Note 7309, CDF, 2005.

45. P.J. Wilson. Calorimeter Isolation and Lateral Shower Leakage for Photons and Electrons. CDF Note 4170, CDF, 1997.

46. Victoria Martin. High pt muons, recommended cuts and efficiencies for release 5.3.1. CDF Note 7031, CDF, 2005.

47. Victoria Martin. High-pt muon id cuts and efficiencies for use with 5.3.1 data and 5.3.3 mc. CDF Note 7367, CDF, 2005.

48. Anyes Taffard. Run II Cosmic Ray Tagger. CDF Note 6100, CDF, 2003.

49. Anyes Taffard. Run II Cosmic Ray Tagger Perfomances. CDF Note 6255, CDF, 2003.

50. A. Bhatti et al., submitted to Nucl. Instrum. Methods, Oct. 2005; hep-ex/0510047.

51. T. Stelzer and W. F. Long, Comput. Phys. Commun. 81, 357 (1994); F. Maltoni and T. Stelzer, JHEP 302, 27 (2003); hep-ph/0208156.

52. T. Sjostrand, Comput. Phys. Commun. 82 (1994) 74; S. Mrenna, Comput. Phys. Commun. 101 (1997) 232. Используется версия v6.216.

53. Н.П. Бусленко и др., "Метод статистических испытаний (метод Монте Карло)", Москва (1962).

54. S. Tsuno, A.S. Thompson. A CDF-interface module for Les Houches Accords. CDF Note 6333, CDF, 2003.

55. R.Culbertson, R.Field, H.Frisch, A.Goshaw, B.Heinemann, M.Kirby, A.Loginov, S.Mrenna, P.Murat, S.Tsuno, Un-Ki Yang. Pythia Settings for Generating Wj, гъ И^77, Z77 Monte Carlo. SM Matching. CDF Note 8126, CDF, 2006.

56. U. Baur, T. Han, and J. Ohnemus, Phys. Rev. D 48, 5140 (1993); J. Ohnemus, Phys. Rev. D 47, 940 (1993).

57. K. Melnikov A. Lazopoulos and F. J. Petriello. Nlo qcd corrections to the production of tttz in gluon fusion. Phys. Rev. D, 77, 2008.

58. A. Ivanov, Т. Schwarz, R. Erbacher. Calibration of Heavy-Flavor Content in W + Jets Data. CDF Note 9403, CDF, 2008.

59. T. Aaltonen et al. Measurement of the single top quark production cross section at cdf. Phys. Rev. Lett., 101, 2008.

60. Stelzer T.J. Mangano, M.L. Tools for the simulation of hard hadronic collisions. Ann.Rev.Nucl.Part.Sci., 555:555-588, 2005.

61. R. Culbertson, A. Pronko, Shin-Shan Eiko Yu . The Probability of an Electron Faking an Isolated Prompt Photon in СЕМ, number = 8220, year = 2006. Technical report.

62. C. Lester, J. Deng, A. Goshaw, B. Heinemann, J. Kist , A. Nagano, T. Phillips. Measurement of the rate of jets faking central isolated photons using 1 fb-1 of data. CDF Note 9033, CDF, 2007.

63. Sacha Корр. Measurement of the Ratio R = sigma * B(ppbar—>W—> eu)/sigma * В (ppbar —► Z —> ее) in ppbar Collisions at root s = 1800 Gev. Thesis.

64. D. Acosta et al. First measurements of inclusive W and Z cross sections from Run II of the Tevatron collider. Phys. Rev. Lett., 94:091803, 2005.

65. Christopher Neu. CDF b-tagging: Efficiency and Mistags. PoS, TOP2006:015, 2006.

66. D. Acosta et al. Measurement of W gamma and Z gamma Production in p anti-p Collisions at s**(l/2) = 1.96 TeV. Phys. Rev. Lett. 94, 041803 (2005), 2005.

67. В данной работе представлена проверка предсказаний СМ для событий вида /тЕт с дополнительной b-струей — l)iETb. В исследовании нет привязки к моделям НФ, а проводится поиск по виду события.

68. Число событий типа l)ETb нйу оценивается при помощи программ генерации событий MadGraph и Pythia методом Монте Карло, в которых учитываются диаграммы основного порядка.

69. На данном слайде представлен метод расчета фона от адронных струй, в которых л° или фотон из распада адрона имитирует фотон, рожденный напрямую в событии. Чтобы отличить фотон из распада л° или других адронов, используется следующие переменные:

70. CES X". переменная, которая показывает, насколько хорошо профиль ливня фотоного кандидата совпадает с профилем ливня, полученном на данных тестового пучка. Фотоны рожденные в распаде тг° типично обладают большим %, чем истинные фотоны.

71. Изоляция в калориметре в конусе R=0.4 по ту х ф вокруг фотонного кандидата: фотон, являющийся частью адронной струи, обладает большей Ет в конусе вокруг фотона.

72. Число измерений в прерадиаторе CPR: фотон конвертирует в катушке магнита, CPR измеряется выделенный заряд. Вероятность конвертации для фотонов, рожденных напрямую в событии, и фотонов из распада адрона, различна.

73. Число событий, в которых адронная струя ошибочно измерена как фотон определяется измерением распределения поперечной энергии струй в событиях ljETb, что затем корректируется на вероятность того, что струя будет неправильно идентифицирована как фотон.

74. На данном слайде представлены результаты поиска событий lySLTb. В эксперименте обнаружено 28 событий, тогда как в рамках СМ ожидается 31 ±39 событий (16 приожидании 18.4±2.4 в электронном канале и 12 при ожидании 12±} g в мюонном канале).

75. На данном слайде показаны кинематические распределения для совместнодля электонного и мюонного каналов. Как видно, эксперементальные данные согласуются с предсказаниями СМ.

76. Далее представлены кинематические распределения для йу совместно для электонного и мюонного каналов. Также как и для экспериментальные данныесогласуются в пределах ошибки с предсказаниями СМ.

77. Также было измерено сечение рождения tty, что составило о-у = 0.15 ± 0.08 пб.

78. Поиск событий вида в эксперименте CDF~Run~II на данных с общей светимостью 1.9 фб"1 на ускорителе Теватрон.

79. Поиск событий вида tty. При наложении дополнительных условий на число струй и полную поперечную энергию в событиях вида Iffi^b, основной вклад вносит радиационное рождение пары it.

80. Сравнение полученных результатов с предсказаниями СМ. На основе изученных данных для событий вида lyfcTb и tty было установлено, что число экспериментально обнаруженных событий соответствует предсказаниям СМ.

81. Впервые измерено сечение рождения процесса tty, что составило G-y 0.15±0.08 пб по сравнению с теоретическими предсказаниями о-у theory = 0.08±0.01 пб.

82. Подпись И.В. Шрейбер заверяю

83. Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат физ .-мат. наук В .В. В асильев