Поиск аномального рождения событий с лептонами и фотонами высокой энергии на Теватроне тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Теоретической и Экспериментальной Физики имени Л.И.Ллиханова

На нравах рукописи

Логинов Андрей Борисович

Поиск аномального рождения событий с лептонами и фотонами высокой энергии на Теватроне

Специальность:.01.04.23 — физика высоких анергий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2006

УДК 539.12

Работа выполнена в ГНЦ РФ — Институте Теоретической и Экспериментальной Физики им. А.И.Алихалова

Научный руководитель:

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

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук Л.К.Гладилии, (НИИЯФ МГУ, г. Москва)

доктор физ.-ыат. наук В.Б.Гаврилов, (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

Ведущая организация : Лаборатория Ядерных Проблем

Объединенного Института Ядерных Исследований, г. Дубна, Московская обл.

Защита состоится 12 сентября 2006 года в Ц часов на заседании Диссертационного совета Д.201.002.01 по защите кандидатских диссертаций в ГНЦ РФ ИТЭФ по адресу: г. Москва, ул. Большая Черёмушкинская, д. 25, Конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ИТЭФ.

Автореферат разослан 10 августа 2006 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета кандидат физ.-мат. наук

В.В.Васильев

1. Общая характеристика работы

Темой настоящей работы является проверка Стандартной Модели (СМ) при максимально доступной энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, W*. Поиск проводится по виду событий так, чтобы не быть привязанным к многочисленным моделям физики за пределами СМ, так называемой Новой Физики (НФ), при этом не сужая сферу иоиска.

Настоящая работа основывается на 305 pb"1 данных, набранных за период с 2002 по 2004 гг. на обновленной экспериментальной установке CDF, работающей на ускорительном комплексе Теватрон в Лаборатории Ферми (г. Батавия, США) при максимально доступной энергии столкновения рр v/i = 1.96 TeV.

1.1. Актуальность темы

Стандартная Модель (СМ) физики элементарных частиц — теория, описывающая взаимодействия элементарных частиц: тысячи сечений рождения и ширин распадов, измеренных на различных экспериментах, объясняются в рамках СМ. Тем не менее, в СМ не включено гравитационное взаимодействие, и в ней нет частиц-кандидатов для темной материи. Бозон хиггеа — последняя из частиц СМ, не обнаруженная экспериментально, при теоретическом расчете его массы вычисления петлевых поправок расходятся квадратично. Еще один открытый вопрос в СМ — проблема иерархии. К решению проблем СМ существуют различные подходы в рамках других теорий, в которых при энергиях порядка ТэВ возможно проявление новых эффектов за пределами СМ.

Ускорительный комплекс Теватрон в Лаборатории Ферми, на котором осуществляются столкновения протонов (р) и антипротонов (р), на сегодняшний день обладает наибольшей энергией в центре масс, s/s = 1.96 TeV. Новый эксперимент, Run И, отличается от предшествующих прежде всего более высокой энергией столкновения пучков, обновленным ускорительным комплексом, более высокой светимостью, а также улучшенной эксперимен-

тальной установкой, детектором CDF. Изучение столкновений при таких энергиях может привести к открытию физики за пределами СМ, так называемой повой физики (НФ).

Совместное рождение двух калибровочных векторных бозонов рассчитывается в рамках СМ, и в событиях такого вида следует искать рождение новых частиц, которые могут быть связаны с.калибровочным сектором СМ (например, свойства t-кварка изучаются в рождении tt, и распадом t Wb). Часть СМ, известная как теория электрослабых взаимодействий, объединяет электромагнитные и слабые взаимодействия. Переносчики взаимодействий, фотон {7) и массивные заряженные W± и нейтральный Z бозон, — фундаментальные частицы в этой теории, поэтому изучение их свойств важно для проверки положений СМ.

В дополнение к физическому анализу, диссертант является лидером уникального для эксперимента CDF проекта визуализации событий как в режиме реального времени для контроля данных в процессе сбора, так и для анализа программного пакета CDF Run II Event Display (EVD).

1.2. Цели и задачи исследования

Проверка СМ при максимально доступной энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z0, Поиск проводятся по виду событий так, чтобы не быть привязанным к многочисленным моделям НФ и не сужать сферу поиска. Кинематические критерии отбора установлены заранее, a priori, и соответствуют критериям использованным в анализе, сделанном на предыдущей стадии эксперимента (Run I), в котором наблюдалось расхождение в 2.7 а между предсказаниями в рамках СМ и экспериментальными данными для событий вида

Другой поставленной целью стала разработка, развитие и поддержка программного пакета CDF Run II Event Display (EVD) для визуализации данных, набранных в эксперименте, и для контроля качества набираемых данных в процессе сбора. EVD стал существенным вкладом ,в работу и отладку экспериментальной установки CDF, необходимым для бесперебойного и продуктивного функционирования системы.

1.3. Научная новизна

Полученный результат закрыл вопрос об аномалии, обнаруженной на предыдущей стадии эксперимента в Run I, а разработанные методы позволят продолжить поиск НФ в событиях с лептонами и фотонами высоких энергий как на большем образце данных на Теватроне, так и на данных при большей энергии столкновения на LHC. С. другой стороны, обнаружено небольшое число событий "на хвостах" кинематических распределений, там где ожидание в рамках СМ мало. Эти события вносят вклад в превышение числа наблюдаемых событий над СМ ожиданием точно так же, как и событие ee77^T в Run I поиске событий вида £7 + X. Чтобы узнать, являются ли эти события редким фоном, или же чем-то новым, требуются новые данные.

Поскольку анализ не привязан к моделям и в нем рассматривается широкий круг различных объектов, он является одним из самых обширных и разносторонних в сотрудничестве CDF, при этом не привлекая чрезмерных людских ресурсов. Этот анализ уникален для Теватрона, и ему уделяется внимание как внутри сотрудничества CDF, так и за его пределами.

Run II Event Display (EVD) — уникальный для эксперимента CDF программный пакет для визуализации событий — является одним из наиболее важных инструментов как для понимания событий, которые могут оказаться проявлением НФ, так и для иллюстрации наблюдаемых СМ процессов.

1.4. Положения, выносимые на защиту

1. Идентификация объектов и контрольные образцы.

2. Анализ интервалов стабильности для контрольных образцов.

3. Методы оценки фонов вследствие неверной идентификации лептонов и фотонов высокой энергии. ,

4. Оценка вкладов СМ: мотивация, контроль, проверка.

5. Классификация £*у+Х событий. Сравнение экспериментальных данных с предсказаниями СМ для событий вида £¿7 и ¿77.

6. Мотивация, разработка и поддержка программного пакета визуализа-

, . ции событий CDF Run II Event Display (EVD).

1.5. Апробация работы и публикации

Основные материалы диссертации опубликованы в работах [1, 2, 3, 4]. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на многих конференциях и семинарах.

Статус поиска событий вида £у + X представлен на конференции Американского Физического Общества (ÂPS, Филадельфия, 2003 г.). Позже, поиск был анонсирован SUSY сообществу на Конференции по суперсимметрии (SUSY, Таксон AZ, 2003 г.). Результаты поиска l'y + X были представлены на Конференции по суперсимметрии (SUSY, Дарам, Англия, 2005 г.), Международной Школе Субъядерной Физики (ISSP, Эриче, Сицилия, 2005 г.), Зимнем Инситуте в Лэйк Луиз (Лэйк Луиз, Канада, 2006 г.), на конференции по Физике на Адронных Коллайдерах (НСР, Дарам, США, 2006 г.). Также материалы диссертации были представлены на совещании сотрудничества CDF (Ситжес, Испания, 2005 г.) и на совещаниях рабочих групп CDF по экзотике, физике фотонов, и сверхэкзотичным явлениям.

Результаты поиска аномального рождения событий, содержащих заряженный лептон (С, е или ц) и фотон (7) высокой энергии, были представлены на семинарах в университетах, а также были рецензированы для публикации многими институтами, входящими в состав сотрудничества CDF, среди которых Университет Чикаго (UC), IPP (Канада), Университет Duke, Лаборатория Беркли (LBNL), СНЕР (Корея), Университет штата Иллинойс в Урбана-Шамисйи (UIUC), а также Лаборатория Ферми.

1.6. Личный вклад диссертанта

Диссертант принимал активное участие в наборе и обработке физических данных на установке CDF, применил независимую оценку фонов для неверной идентификации фотонов и лептонов, провел анализ событий с леп-тонами и фотонами высокой энергии и подготовку полученных результатов для публикаций.

В дополнение к физическому анализу, диссертант возглавляет проект CDF Run II Event Display (EVD) с 2001 по настоящее время. EVD является одним из наиболее важных инструментов как для иллюстрации наблюдаемых СМ процессов, так и для понимания событий, которые могут оказаться проявлением НФ. EVD используется многими сотрудниками CDF как для анализа собранных данных, так и для визуализации событий в режиме ре-

ального времени для контроля данных в процессе сбора.

Статус поиска событий вида £у + Х представлен диссертантом на конференции APS'03. На Международных конференциях по физике высоких энергий (SUSY'05 и ISSP'05) диссертантом были сделаны обзорные доклады о результатах поисков НФ в событиях с фотонами высокой энергии, полученных сотрудничеством CDF, в число которых входил результат, представленный в диссертации. На Международной Школе Субъядерной Физики (Эриче, Сицилия, 2005) диссертант был удостоен награды за оригинальную работу в экспериментальной физике за доклад "Поиск новой физики в событиях с фотонами", в который вошли результаты диссертационной работы.

Для обработки и анализа данных, а также моделирования исследуемых физических процессов диссертантом было создано математическое и программное обеспечение. Исследования стабильности рождения W— и Z— бозонов использовались в сотрудничестве для контроля работы детектора. Смоделированные физические процессы рождения дибозонов (И^у, Z<j) и трибозонов (W77, Z77) широко используются в сотрудничестве CDF в различных анализах по поиску НФ. Результаты работы также используются в качестве контроля для других физических анализов.

1.7. Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, тринадцати глав, заключения и приложения. Ее объем - 143 страницы, включая 53 таблицы и 66 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 102 наименования.

2. Содержание работы

Во Введении формулируется постановка задачи и приводится план расположения материала.

Стандартная Модель (СМ) [см; Nucí. Phys. 22 588, (1961), Phys. Rev. Lett. 19 1264, (1967)] физики элементарных частиц - теория, описывающая взаимодействия элементарных частиц. Бозон хиггеа - последняя из частиц в СМ, не обнаруженная экспериментально [см. "Higgs Hunter's Guide", (2000)]. При расчете массы бозона хиггеа вычисления петлевых поправок расходятся квадратично. В СМ отсутствиют частицы-кандидаты для темной материи, и в СМ не включено гравитационное взаимодействие. Проблема иерархии

[см. Phys. Lett. B260, 447 (1991); Phys. Rev. D44, 817 (1991)] - еще один открытый вопрос в СМ.

Существуют различные подходы к решению проблем СМ. Например, для решения проблемы иерархии бозон хиггса полностью удаляется из теории [Техницвет, Phys. Lett. В 352 382 (1995)], или поле хиггса включается в расширенную группу симметрии [Суперсимметрия, см. Phys. Rev. D 55, 1372 (1997); Phys. Rev. Lett. 89, 011801 (2002)]. Ожидается, что CM является теорией, работающей при относительно низких энергиях, тогда как при энергиях порядка ТэВ возможно проявление новых эффектов за ее пределами.

Первая глава посвящена мотивации представленного физического анализа, дает введение в технику поиска по виду события, а также приводит обзор результатов, полученных на предыдущей стадии эксперимента, Run I.

Часть СМ, известная как теория электрослабых взаимодействий [см. J1.Б.Окунь, "Лептоны и кварки", (1984)], объединяет электромагнитные и слабые взаимодействия. Переносчики взаимодействий — фотон (7) и массивные заряженные IV± и нейтральный Z бозон, — фундаментальные частицы в этой теории.

Следовательно, ставится задача проверить СМ при максимально доступной энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, W±. Цель эксперимента - поиск аномального рождения событий вида £-у + X, т.е. содержащих заряженный леп-тон (£, е или fi) и фотон (7) высокой энергии. Проводимое исследование не опирается на модели НФ, и поиск осуществляется по виду события.

В то время как в эксперименте имеет смысл руководствоваться теорией, следует оставаться открытым для возможных новых эффектов. Поэтому используется техника модельнонезависимого поиска по виду события, и ведется поиск существенных отклонений от предсказаний СМ. На предыдущей стадии эксперимента (Run I) не было найдено доказательств существования НФ, но были указания, что СМ может оказаться неполной. Тогда было принято решение, что эти аномалии нужно искать в данных Run II, и поэтому кинематические критерии отбора следует установить заранее, a priori.

Стратегией для поиска по виду события является проверка СМ в поисках несоответствий между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами. Кинематические критерии отбора, установленные заранее, позволяют проверить аномалии из Run I. Поиск и анализ событий ведется на основе частиц, которые найдены в этом событии. Таким образом,

проводится поиск по виду события.

В 1995 году на эксперименте CDF, в котором изучались столкновения рр, при энергии центра масс 1.8 TeV на ускорительном комплексе Теватрон в Лаборатории Ферми, в образце данных, соответствующем полной светимости. 86 pb~1, было обнаружено [см. Phys.Rev.Lett 81, 1791 (1998); Phys. Rev. D 59, 092002 (1999)] событие, согласующееся с рождением двух высо-коэнергетичных фотонов, двух высокоэпергетичных электронов, и большой потерянной поперечной энергией (рис. 1).

eeyyE^Candidate Event

2Т = 55 GeV

Рис. 1. Событие-кандидат ее77рт из данных Run I.

В СМ предсказывается, что события такого вида крайне редки, с доминирующим вкладом от рождения четырех векторных бозонов, двух W и двух фотонов: WW77 —» (ei/)(ei/)77—> ее77$т. .Ожидаемое число событий от этого процесса 8х10~7 событий. Другие источники, в основном неверная идентификация того или иного объекта в детекторе, дают вклад 5х10-7 событий. Таким образом, ожидается (1 ± 1) х Ю-6 событий в 86 рЬ-1.

Обнаружение есуу события привело к развитию инклюзивных поисков по виду события, так чтобы расширить сферу поиска. Одним из таких поисков стал анализ событий вида лептон + фотон + X ((-у + X) [см. Phys. Rev. Lett. 89, 041802 (2002); Phys. Rev. D 66, 012004 (2002)], где X может быть еще одним заряженным лептоном (е or /i), 7, произвольным количеством адронных струй, а также комбинацией этих объектов. В целом данные согласовались с ожиданием в рамках СМ, за возможным исключением

для событий, содержащих существенную потерянную энергию в дополнение к лептону и фотону. Для этого вида событий наблюдалось 16 событий при ожидании в рамках СМ 7.6 ± 0.7 событий, что соответствует статистической флуктуации в 2.7а.

Во Второй главе дается описание экспериментальной установки.

Трековая система установки CDF включает в себя центральную дрейфовую камеру (СОТ), а также систему кремниевых детекторов, состоящую из двустороннего пятислойного детектора SVX II, двустороннего двуслойного промежуточного детектора ISL, и однослойного детектора LOO (Layer 00), устойчивого к повышенным радиационным нагрузкам и закрепленного на трубе, в которой сталкиваются пучки. Трековая система окружена магнитом и торцевыми калориметрами.

За пределами соленоида располагаются калориметры, покрывая регион

< 3-6. Электромагнитный калориметр (ЕМ) сделан на основе комбинации пластин Pb-сцинтиллятор, а адронный калориметр (HAD) сделан на основе пластин Fe-сцинтиллятор. Центральный калориметр (|?7[ < 1.1) унаследован из Run I, тогда как торцевые калориметры (1.1 < |?7| < 3.6) разработаны специально для Run И. Район 0.77 < r¡ < 1.0, 75 ° < ф < 90° не оснащен калориметром, поскольку используется для криогенных систем.

На установке CDF существуют четыре независимые мюонные системы: центральный мюонный детектор (CMU), центральная обновленная мюонная система (СМР), центральное мюонное расширение (СМХ), и промежуточный мюонный детектор (IMU).

Уровень неэластичного рассеяни рр используется для определения светимости (£). Газовый черенковский счетчик светимости, CLC [см. Nucí. Instrum. Methods Phys. Res., A 461 (2001) 540-544], измеряет число взаимодействий во время пролета пучка для определения светимости Теватрона. Две системы CLC распожоложены между трубой пучка и торцевыми калориметрами, покрывая 3.7 < |í?| < 4.7.

Частота столкновений па Теватроне намного выше, чем скорость записи данных, и поэтому необходим отбор записываемых событий. Трехуровневая триггерная система позволяет уменьшать объем данных на каждом этапе.

В Третьей главе дается подробное описание программного пакета [4], визуализации событий CDF Run II Event Display (EVD), а также относящихся к нему проектов. EVD используется для контроля данных в процессе сбора, их анализа, а также для представления результатов.

Данные, полученные на ускорителе, представляют собой поток сигналов от подсистем. Детектор воспринимает эти сигналы как последовательность импульсов, распределенных во времени, между множеством каналов различных подсистем. Сигналы обрабатываются программами распознавания и анализа, которые создают го них более сложные объекты, например треки, кластеры, трековые сегменты в мюонных камерах, адронные струи.

Как правило, физические результаты основаны на статистическом анализе множества событий. Стандартной формой представления таких результатов являются гистограммы, графики и таблицы. Тем не менее, графическое изображение одного события, включая отображение функционального состояния детектора, является мощным средством для проверки достоверности алгоритмов реконструкции и анализа событий. Для быстрой оценки качества данных и диагностики проблем, а также для публичной демонстрации визуальное представление событий является наиболее эффективным способом передачи информации.

EVD взаимодействует как с самими данными, так и с программными пакетами моделирования и реконструкции. Выделяются 3 вида объектов в EVD: Реальные объекты, Графические объекты и Виды. Для наглядного отображения Реальных объектов и доступа к информации о событии над Видами и Графическими объектами должны быть проведены определенные Операции.

EVD - уникальный для эксперимента CDF программный пакет для визуализации событий как в режиме реального времени для контроля данных в процессе сбора, так и для анализа, активно используемый сотнями членов сотрудничества. EVD является одним из наиболее важных инструментов как для понимания событий, которые могут оказаться проявлением НФ, так и для иллюстрации наблюдаемых СМ процессов. EVD, один из важнейших вкладов в отладку и работу CDF Run II детектора, является единственным графическим инструментом позволяющим наглядно видеть события.

Четвертая глава описывает используемые образцы данных. В ней также представлены кинематические критерии отбора для событий £j + _X, ,k интервалы взятия данных, используемые для проверки стабильности работы экспериментальной установки. , , ■

Лептон-фотонные (¿7) данные собраны из комбинации инклюзивных образцов высокоэнергетичных лептонов и фотонов так, чтобы обеспечить высокую триггерную эффективность для £7, стабильную во времени. Для то-

го чтобы убедиться в стабильности работы подсистем установки и набора данных, строятся графики для числа событий на pb~1 светимости для контрольных образцов.

События с лептонами и фотонами высоких энергий отбираются с помощью трехуровневой триггерной системы [см. Phys. Rev. D 71, 032001 (2005)]. На эти события накладывается требование, чтобы в событии срабатывал триггер на лептон с Рт > 18 GeV или на фотон с Ет > 25 GeV в центральной части детектора, |?7| < 1.0. Триггерная система отбирает фотонные и электронные кандидаты на основе кластеров энергии в центральном электромагнитном калориметре. Далее электроны различаются от фотонов требованием трека в СОТ, направленном на этот кластер. Мюонный триггер требует, чтобы трек в СОТ согласовывался с трековым сегментом, восстановленным в мюонных дрейфовых камерах.

Кинематические критерии отбора установлены заранее, a priori, и соответствуют критериям, использованным в анализе -f X, проведенном на предыдущей стадии эксперимента, Run I: инклюзивный образец отбирается, так чтобы в событии был фотонный кандидат в центральном калориметре с Е^ > 25 GeV, лептонный кандидате или ju) в центральной части детектора с Е^ > 25 GeV, удовлетворяющий строгим критериям отбора. Вершина взаимодействия должна быть в пределах 60 см от центра детектора по линии пучка, так чтобы продукты распада находились в центральной части детектора.

Критерии отбора и контрольные образцы для мюонов описаны в Пятой главе, для электронов в Шестой главе и для фотонов в Седьмой главе.

Мюонный кандидат, удовлетворяющий строгим требованиям, обладает следующими свойствами: а) достоверный трек в СОТ, с сигналом минимум на 6 из 8 слоев; Ь) энергия, оставленная в электромагнитном и адрон-ном отделах калориметра, согласуется с ожиданием сигнала от минимально. ионизирующей частицы; с) трековый сегмент в мюонном детекторе СМХ или одновременно в CMU и СМР детекторах [см. Phys. Rev. D 71, 032001 (2005)], согласуется с экстраполированной позицией трека в СОТ; d) измерение времени прибытия сигнала в СОТ соответствует треку, происходящему из столкновения рр, а не космикой.

Электронный кандидат, удовлетворяющий строгим требованиям, обладает следующими свойствами: а) достоверный трек в СОТ с Рт, составляющим как минимум половину энергии ливня в электромагнитном калориметре (ее-

(а) Масса(2° —> е+е"), лог.шкала (Ь) Масс&(г° —»лог.шкала

Рис. 2. Контрольные образцы 2° —• е*с~ —> ■ Показаны распределения по инвариантной массе Z0 —> е+е~ (а) и по инвариантной массе Z0 —»(Ь). Точками показаны данные, гистограммами изображено предсказание из МС образцов.

ли же энергия ливня Ет > 100 (ГеК, то требование на Рт изменяется до 25 СеУ); Ь) поперечный профиль ливня в электромагнитном калориметре, согласующийся с поведением электрона, и который соответствует позиции экстраполированного трека; с) распределение энергии между двумя башнями в калориметре, содержащими электромагнитный ливень, соответствует ожидаемому распределению для электронов в данных с тестового пучка; (1) минимальную утечку в адронное отделение калориметра.

Требования, налагаемые на фотонный кандидат, это отсутствие трека с Рт > 1 СсУ и не более одного трека с Рт < 1 ОеУ, указывающего на кластер в калориметр«; хороший профиль электромагнитного ливня; и минимальная утечка в адронное отделение калориметра.

Чтобы уменьшить фон от фотонов или лептонов, происходящих из распадов в адронных струях, лептоны и фотоны в каждом событии должны быть изолированными: энергия Ет, оставленная в башнях калориметра в конусе г} — 1р радиуса II = 0.4 вокруг позиции фотона или лептона суммируется, и из нее вычитается энергия фотона или лептона. Оставшаяся в конусе энергия Ет должна быть меньше чем 2.0 СеУ+0.02х (Ет-20 СеУ) для фотона, или меньше чем 10% от Ет для электронов или Рт для мюонов. В дополнение, для фотонов сумма Рт всех треков в СОТ в конусе должна быть меньше чем 2.0 веУ + 0.005 х Ет.

Дополнительные мюоны должны обладать высоким поперечным имнуль-

сом, Рт > 20 СеУ и удовлетворять одному из двух критериев отбора: те же требования, что и для строгого отбора мюонов, за исключением ослабленного требования на число слоев для трека в СОТ. Альтернативный критерий отбора для дополнительных мюонов - более строгие требования на трек, требование на сумму энергий в адронном и электромагнитном калориметрах более 0.1 СеУ, но отсутствие требований на сегмент в мюонных детекторах.

Дополнительные центральные электроны должны обладать высокой поперечной энергией (Ет > 20 СеУ) и удовлетворять критериям отбора, схожими со строгими критериями для центральных электронов, но с требованием на поперечный импульс трека Рт > Ю СеУ (вместо О.бхЕт), и без требований на измерения в СЕЭ, такие как поперечный профиль ливня и распределение энергии между двумя башнями в калориметре, содержащими электромагнитный ливень.

Электроны в торцевой части калориметра (1.2 < < 2.0} должны обладать следующими свойствами: Ет > 15 СеУ; минимальная утечка энергии : в адронное отделение калориметра; кластеру в калориметре должен соответствовать трек в кремниевом детекторе, основанный на, по меньшей мере, трех измерениях, а также согласующийся с поведением электрона поперечный профиль ливня в электромагнитном калориметре, который соответствует позиции экстраполированного трека [см. РЬуэ. Ксу. Б 71, 051104 (2005)].

Рождение \У± и используется в качестве контрольных образцов, чтобы убедиться в хорошем понимании эффективностей для высокоэнергетичных электронов, мюонов, а также (рис. 2). Графики временной стабильности 2? —*■ ц+(1,~ и 7? —» е+е_ событий показаны на рис. 3.

Также создается контрольный образец для фотонов, используя события, в которых один из электронов испускает высокоэнергетичный фотон. На эти события налагается дополнительное требование, чтобы инвариантная масса еу была в пределах 10 СеУ от массы Z0 бозона (рис. 4).

В Восьмой главе описывается, как считается потерянная поперечная энергия (£т), а также дается определение переменной Ит-

Потерянная поперечная энергия, считается на основе энергий в калориметре в регионе < 3.6. Затем делаются поправки к )£т на неоднородный отклик калориметра, учитывая адронные струи с непоправленной энергией Ет > 15 СеУ и т] < 2.0, и также делаются поправки на мюоны с Рт > 20 СеУ. Ну - это сумма поперечных энергий (импульсов) для всех объектов в событии, включая лептоны, фотоны, ,ЕТ( адронные струи.

1 ЕШгЬвв V« Нигм (от в!аЫ!Пу ] Бл1гМа

10.М'7

ВО ■ рмыичч »Л» ±0.3138 11 1 1 I1 1 Ч-И

1450 16О0 1550 1500 1650 1700 1750 1800 1850

1450 1900 1550 1в00 1680 1700 1ГМ 1*00 1680

(а) г" -

>

(Ъ) га — е+е-

Рис. 3. Графики стабильности для (а) 7Р —» и (Ь) Z<> —» е+е~ контрольных образ-

цов: число событий на рЬв зависимости от номера эксперимента. Границы интервалов выбраны в соответствии с остановками в работе ускорительного комплекса Теоатрон, или же изменениям в триггерной системе. Приведены только статистические ошибки на число событий 7? —> и —► е+е~, систематическая ошибка в определении светимости (6%) не показана. Тепденции в поведении Z0 —> схожи с —► е+е~. Это объясняется общими эффектами, такими как светимость, триггер, работа СОТ.

1 2 |пудг|ат I

ГТрЦОвУ! I

ЕпМм ¿ой'

0

ЕПЫМ «174

ОмШ0«г 0

(а) Инвариантная масса (Ь) Рт

Рис. 4. Распределения переменных для Za —► е+е~ и е + 'у' образцов: (а) Инвариантная масса е + '7', (Ь) Рт(е + '7')' Точками показан ^"-подобный образец 67; гистограммы показывают ее события из данных с теми же кинематическими требованиями, что и е-у. Гистограмма нормировала на число ¿^-подобных событий. Распределение по инвариантной массе е + '7' слегка смещено влево по сравнению с 7? —* е+е~; это объясняется тем что энергия излученного фотона немного меньше энергии испустившего его электрона.

В Девятой главе представлены оценки числа событий от СМ процессов, приводящих к рождению лептон-фотонных событий. Основной вклад вносит рождение W7, Zy, также оценивается вклад от трехбозонных процессов, VK77 и ¿Г77. Для каждой из этих оценок используется как минимум два независимых генератора событий.

Основной источник £7 событий на Теватроне - это электрослабое рождение дибозонов, в котором W— или Z0/7*— бозон распадается в лептонной моде [ív или И), и фотон излучается из сталкивающихся кварков, из W, или из заряженного лептона в конечном состоянии [см. Phys. Rev. Lett. 94, 041803 (2005)]. Число таких событий оценено при помощи программ, рассчитывающих матричные элементы в первом приближении (LO МС) [см. Comput. Phys. Commun. 81, 357 (1994); Phys. Rev. D 48, 5140 (1993); Phys. Rev. D 47, 940 (1993); Nucl. Instrum. Methods A 534, 250, (2004)]. Результат работы этих программ, 4-вектора частиц, участвующих во взаимодействии, подавался на вход программы PYTHIA [см. Comput. Phys. Commun. 82 (1994) 74; Comput. Phys. Commun. 101 (1997) 232], параметры которой настроены таким образом, чтобы воспроизводить подлоокку события1, т.е. низкоэнерге-тичные треки, получающиеся в результате взаимодействия остатков протона и антипротона, а также излучения из кварков до начала взаимодействия. Для симуляции событий сгенерированные частицы затем пропускаются через смоделированный детектор, и затем эти события восстанавливаются с тем же кодом реконструкции, который используется для данных.

Ожидаемый вклад от рождения W7 и Z(}fy* + 7 в поиске событий вида ^уДт и ££у приведен в табл. 1 и 2. Поправки на фейнмановские диаграммы более высокого порядка (К-фактор), зависящие как от инвариантной массы лептонов, так и Ет фотона, примененены согласно [см. Phys. Rev. D 48, 5140 (1993); Phys. Rev. D 57, 2823 (1998)]. В событиях вида ожидается 22.5 ± 2.8 события от W-y и 5.7 ± 1.0 события от Z°f7*+7. В событиях вида íí-y, ожидается 20.3 ± 2.4 событий от Z°¡7*4-7; вклад от IVу пренебрежимо мал. Ошибка на ожидаемое число событий от W7 и .2^7*4-7 включает в себя неопределенность на функцию распределения партонов (PDF), используемую для моделирования событий (5%), масштаб факторизации (2%) и К-фактор (3%), сравнение различных Монте Карло генераторов (~ 5%), и ошибку определения интегральной светимости (6%).

Для симуляции трехбозонных каналов, W77 и Z77, использовались две

англоязычной терминологии underlying event

События, содержащие Лептон + Фотон + (^Рт)

Источник в СМ е7£х fi7PT

13.70±1.89 8.84±1.35 22.54±2.80

■Z°/7* + 7 1.16±0.40 4.49±0.64 5.65±1.03

W±77,Z0/7,+77 0.14±0.02 0.18±0.02 0.32Í0.03

0.71±0.18 0.26Í0.08 0.97±0.22

И/±+лжс-7 2.8±2.8 1.6±1.6 4.4±4.4

Z°/7*—>е+е~,е->у 2.45±0.33 - 2.45±0.33

KXA(He-W/Z) фон 0.7±0.7 0.3Í0.3 l.OiO.8

Предсказание в рамках СМ 21.7Í3.4 15.7±2.2 37.3±5.4

Наблюдаемые События 25 17 42

Таблица 1. Сравнение числа событий, предсказываемых в рамках СМ, и экспериментально обнаруженного числа событий для событий вида £7Д-р.

События, содержащие несколько Лептонов + Фотон (й7)

Источник в СМ ее-у fifi-) U 7

zuh'+ 7 12.50±1.53 7.81 ±0.88 20.31±2.40

Z77*+77 0.24Í0.03 0.12±0.02 0.36±0.04

г"/7*+лже-7 0.3Í0.3 0.2±0.2 0.5±0.5

0.23±0.09 - 0.23±0.09

KXA(He-W/Z) фон 0.6±0.6 l.Oil.O 1.6±1.2

Предсказание в рамках СМ 13.9±1.7 9.1±1.4 23.0±2.7

Наблюдаемые События 19 12 31

Таблица 2. Сравнение числа событий, предсказываемых в рамках СМ, и экспериментально обнаруженного числа событий для ilf.

программы для рассчета матричных элементов, MADGR.APH [см. Comput, Phys. Commun. 81, 357 (1994)] и СОМРНЕР [см. Nucí. Instrum. Methods A 534, 250, (2004)]. Ожидаемый вклад от этих процессов мал, 0.32 ± 0.03 и 0.36 ± 0.04 событий для £jJÜT и ££j категорий, соответственно.

Фон от событий в рамках СМ, для которых фотон или лептон неправильно идентифицированы, описывается в Десятой главе.

Фотоны высоких энергий в изобилии рождаются в адронных струях. Например, такие частицы как я-0 или т; распадаются на фотоны, которые потом могут пройти критерии отбора фотонов в анализе. Число событий, в которых адронная струя ошибочно измерена как фотон, ожидаемых в и êê-f, определяется измерением распределения Ет струй в образцах I jet и ¿í+jet, соответственно, и затем домножается на вероятность того, что струя

будет неправильно идентифицирована как фотон, P^et(Ет), которая измеряется в данных, для которых сработал триггер на адронные струи.

Ошибка на число таких событий оценивается, используя измеренный спектр Ет адронных струй, и верхний и нижний пределы на вероятность идентифицировать адрон как фотон как функцию Ет. Вероятность идентифицировать адрон как фотон Piet = (6.5 ± 3.3) х Ю-4 для Е^, = 25 GeV, и (4.0 ± 4.0) х Ю-4 для Е^ = 50 GeV [Phys. Rev. Lett. 94, 041803 (2005)]. Таким образом, число событий, в которых адроны неверно идентифицированы как фотоны, составляет 4.4 ± 4.4 для событий '¿■у Рт и 0-5 ± 0-5 для ££'у.

Вероятность того, что электрон, пролетая через трековую систему, излучит высокоэнергетичный фотон, который затем будет обнаружен в детекторе, измеряется при помощи контрольного образца ej событий, в которых электрон и фотон разлетаются в противоположных направлениях.

В дальнейшем для отбора событий, которые согласуются с рождением и последующим распадом на электроны, Z —» е+е , требуется, чтобы инвариантная масса егу была в пределах 10 GeV от массы Z0 (рис. 4).

Число неверно идентифицированных событий еу, деленное на двойное число ее событий, дает Р® — (1.7 ± 0.1)%. Применяя эту вероятность к электронам в инклюзивных лептонных образцах, получаем, что 2.5 ± 0.3 и 0.2 ± 0.1 события проходят критерии отбора для категорий ¿7рт и соответственно.

Оценка фона, обусловленного событиями, в которых адронные струи были неверно идентифицированы, что привело к классификации события как или ££у, производится путем изучения суммы поперечных импульсов треков, Рт, в конусе в пространстве r/ — ip с радиусом R = 0.4 вокруг лептон-ного трека. По оценкам этот фон составляет 1.0 ± 0.8 и 1.6 ± 1.2 событий для категорий и £1у, соответственно.

Фон от мюонов, рождающихся в распадах адронов (как правило, каонов), и от адронов, проникающих сквозь железо и достигающих мюонных камер, а также от распада и с- кварков, пренебрежимо мал.

В Одиннадцатой главе дается обзор систематических ошибок, разделенных на экспериментальные, теоретические, и ошибку в определении светимости. В Двенадцатой главе представлены топологии событий, рассматриваемых в диссертации, а также приведено число событий в различных подкатегориях. На рис. 5 показаны результаты для суммы электронного и мюонного £у-каналов.

Рис. 5. Лептон-фотонный образец: категории инклюзивных ^-событий.

В Тринадцатой главе дается сравнение экспериментальных данных с числом событий, ожидаемых в рамках СМ.

Условия отбора на ¿7 всего проходят 574 события, из них 508 инклюзивных е7— и 66 инклюзивных /^-кандидатов. Из 508 инклюзивных су событий, 397 содержат электрон и фотон в противоположном направлении по у в пределах 30°, < 25 (?еУ, и не содержат дополнительных електронов или фотонов. Доминирующий вклад в такие события вносит распад Z0 —> е+с~, в котором один из электронов, пролетая через трековую систему, излучает высокоэнергетичный фотон, что приводит к обнаружению электрона и фотона приблизительно в противоположных направлениях по <р, и инвариантная масса е7 в этом случае близка к массе 2°.

Первая категория для поиска — события с для отбора которых

мы требуем, чтобы событие содержало ,&г > 25 СеУ в дополнение к фотону и лептону, удовлетворяющему строгим требованиям. Из полного числа £7

Рис. 6. Распределения для событий в образце (точки) для а) поперечная энергия

Ет фотона; Ь) поперечная энергия Ет лептона (е или д); с) потерянная поперечная энергия, Рт; и с!) поперечная масса системы Гистограммы отображают ожидаемые распределения в рамках СМ, включая фон от неверно восстановленных 7, ( и )ЕТ.

событий (574), требованиям на удовлетворяют 25 е7рт событий и 17 /¿7£т событий.

На рис. 6 показаны получившиеся распределения для е7рт и Д7рт событий по а) поперечной энергии Ет фотона; Ь) поперечной энергии Ет лептона; с) потерянной поперечной энергии, и с!) поперечная масса системы £7^, где Мт = [(Е'г + Е^ + Дт)2 - {Щ. + Ё} + $т?\у2-

Число обнаруженных экспериментально и ожидаемых согласно СМ ¿7 событий для приводится в табл. 1. В эксперименте наблюдается 42 £7 )ЕТ события, тогда как в рамках СМ ожидается 37-33±5.38 событий. Доминирующий вклад в предсказание СМ для этой категории событий вносит рождение IV7. Оставшийся вклад а события такого типа происходит из рождения Яу, а также трех бозонов (1У77 и Я77), лептонных мод распада г, а также от неверно идентифицированных лептонов, фотонов, или "Лже-7"означает адронные струи(например, тг°), неверно идентифицированные как фотоны. Под КХД(Не-"\¥/2;) фон мы понимаем события, в которых адронная струя идентифицирована как лептон.

Другая категория для поиска — события вида ££-у+Х. Для отбора ££у+Х мы требуем, чтобы помимо лептона и фотона, удовлетворяющих строгим критериям отбора, в событии был дополнительный электрон или мюон. Кри-

M (I, I) (GeV) M (I, I, y) (GeV)

Рис. 7. Распределения для событий в образце Uj (точки) для а) поперечная энергия Ец> фотона; Ь) поперечная энергия Ет лептона (два объекта на событие); с) инвариантная масса системы диух лептонов; d) инвариантная масса двух лептонов и фотона тн-,. Гистограммы отображают ожидаемые распределения в рамках СМ, включая фон от неверно восстановленных фотонов и лептонои.

тврий отбора проходят 31 событие (19 ееу и 12 щл7) из 574 ¿у событий. Не обнаружено редких в СМ событий с разными лептонами, е/лу. На рис. 7 показаны экспериментальные распределения по а) поперечной энергии Ет фотона; Ь) поперечному импульсу Ет лептонов; с) инвариантной массе двух лептонов; d) инвариантной массе двух лептонов и фотона m«,.

Число обнаруженных экспериментально и ожидаемых согласно СМ событий вида ££~у, приводится в табл. 2. В эксперименте наблюдается 31 ££у событий, тогда как в рамках СМ ожидается 22.96±2.72 событий.Доминирующий вклад в предсказание СМ для этой категории событий вносит рождение Zy. Оставшийся вклад в события такого тина происходит из рождения ¿?77, а также от неверно идентифицированных лептонов и фотонов. "Лже-7"означает адронные струи, неверно идентифицированные как фотоны. Под КХД фоном мы понимаем события, в которых струя идентифицирована как лептон.

Основываясь на предсказаниях СМ, в ££у не ожидается событий с большой ee77jET событие, обнаруженное в Run I, представляло особый интерес в контексте суперсимметрии из-за большого значения Дт (55 ± 7 GeV). На рисунке 8 показаны распределения для подкатегорий ££у, /,¿¿¿7 и ееу.

Событий, обладающих рх > 25 СеУ, не наблюдается.

Еще одна инклюзивная категория для поиска - события вида £77 + X. Для отбора ¿77 + X требуется, чтобы в ¿7 событии был дополнительный фотон. Число обнаруженных экспериментально и ожидаемых согласно СМ событий вида ^77, приводится в табл. 3. В экспериментальных данных не обнаружено £77 событий при ожидании 0.28 ± 0.08 событий в рамках СМ.

События, содержащие несколько Фотонов + Лептон (£77)

Источник в СМ е-уу V- 77 ¿77

Пг±Г7 0.0067 ± 0.0014 0.0037 ± 0.00095 0.010 ±0.0017

0.015 ±0.0017 0.011 ±0.0014 0.026 ± 0.0022

2°7, е—»7 0.193 ± 0.080 - 0.193 ± 0.080

¿13, 0.02 ± 0.02 0.02 ± 0.02 0.04 ± 0.04

Предсказание в рамках СМ 0.24 ±0.08 0.035 ± 0.02 0.28 ± 0.08

Наблюдаемые События 0 0 0

Таблица 3. Сравнение числа событий, предсказываемых в рамках СМ, и эксперименталь-. но обнаруженного числа событий для событий вида ¿77.

Предсказанное и наблюдаемое число событий для ¿7 и ££у категорий показано в табл. 1 и 2. Обнаружено 42 ¿7^47 событие, при ожидании 37.3 ± 5.4 событий. В канале ££у, обнаружено 31 событий, при ожидании 23.0 ± 2.7 событий. Ни в одной из категорий поиска не наблюдается существенного разногласия между СМ и экспериментом. Сравнение ожидаемых и экспс-: риментально наблюдаемых распределений показано на рис. 6 для категории поиска и на рис. 7 и 8 для ££у. В эксперименте не обнаружено событий

вида £77, при ожидании около 0.3 события (табл. 3).

В Заключении подводятся итоги проделанной работы. Важный вывод, основанный на анализе новых данных, состоит в том, что уровень превыше-

СОР Пип II • ЛИ рь'1

а со. гут

10

8

а

* в

с

?>

ш 9

1

СОР Пип 1 (Ь)

• Ояфв), 305 рЬ '

^В г/е^ОСО, е Так« у,

МСЗеУ)

МСеУ)

Рис. 8. Распределения по потерянной поперечной энергии, наблюдаемой в инклюзивном поиске (а) ^7-событий и (Ь) ее-у-событий. Гистограммы отображают ожидаемые распределения в рамках СМ, включая фон от неверно восстановленных фотонов и леп-тонов.

ния числа обнаруженных событий в Run I над предсказаниями СМ в событиях типа составивший 2.7 с, оказался статистической флуктуацией. В случае, если отношение числа обнаруженных и ожидаемых событий для £7 Y-т в данных Run I, 16/7.6, осталось бы на прежнем уровне, найденное превышение в 2.7 а в этом канале привело бы к обнаружению 78±11 событий в данных Run И, тогда как экспериментально обнаруженное число событий составило 42.

Установлено, что число событий в подкатегориях i-y JL^ и liy by + X образца соответствует предсказаниям СМ. Не обнаружено таких событий, как Run I событие-кандидат ee77jDT, и, как более общее наблюдение, не найдено £1-у событий с аномально большой или же с дополнительными фотонами.

Тем не менее, обнаружено, что в событиях вида ¿7]ЕТ в данных Run II число экспериментально обнаруженных событий несколько превышает СМ предсказание. Возможно, что теоретические вычисления на древесном уровне с поправкой на К-фактор, зависящий от энергии фотона EJ. и от инвариантной массы дилептонов, для каналов Wy и Z~f, в которых содержится множество диаграмм, включая излучение из начального состояния, недостаточно точны для описания имеющихся экспериментальных данных.

С другой стороны, обнаружено небольшое число событий "на хвостах" кинематических распределений, там где ожидание в рамках СМ крайне мало. Эти события вносят вклад в превышение числа наблюдаемых событий над СМ ожиданием, точно так же как и событие eeyyY^ в Run I поиске событий вида 1-у + X. Для того чтобы узнать, являются ли эти события редким фоном, или же чем-то новым, требуются новые данные.

Планируется, что к концу эксперимента Run II будет набрано в 10-20 раз больше данных, чем представлено в диссертации. Большая статистика потребует улучшенного понимания фонов, равно как и лучших оценок рождения IVj и Zy в рамках СМ, т.к. доминирующей ошибкой станет систематическая, что включает в себя теоретическую систематическую ошибку. Другая ошибка - неопределенность в оценке вероятности того, что адронная струя будет неправильно идентифицирована как фотон, на данный момент также ограничена статистикой и впоследствии будет существенно улучшена для новых данных. Таким образом, надежное теоретическое предсказание Z*y и Wy выйдет на первый план.

Подводя итог сказанному выше, хотя в новых данных не найдено событий, подобных ее77рт> и разногласие между данными и теорией для ¿у^т куда

менее значимо, чем для данных.Run I, дай ответ на вопрос, вызвавший большой интерес в среде физиков-теоретиков. Исследованные каналы остаются интересными и важными для проверки положений СМ, и наработанные для анализа методики, а также приобретенные знания, будут полезными для поисков НФ в этом канале как на большем образце данных на Товатронс, так и на данных при большей энергии столкновения на LHC.

В Приложении приводятся списки (£7 + X) событий, представлены дополнительные распределения для событий вида iy^T и

Список публикаций

[1} A. Abulencia et al. (CDF Collaboration),. Phys, Rev. Lett. 97, 031801 (2006); - • .

. [2] A. Loginov (for the CDF Collaboration), Eur.Phys.J. С 46; Supplement 2, pp. 21-31 (2006): / ■ '

; [3] A. Loginov for the CDF Collaboration, contributed paper to the 13thInternational Conference on Supersymmetry and Unification of '•■■ Fundamental Interactions. FERMILAB-CONF-05-598-E

. [4] D-.Lityintscv, A. Loginov, I. Shreyber "CDF Run II Event Display Manual", .. . CDF 7051; A. Loginov, Y.C. Chen : "Live Events at CDF", . http://evd.fnal.gov/onliiie;

A. Loginov et al. "CDF Run II Event Display С++ package",

http://cdfk.its.fnal.gOv/CdfCode/sourc.e/RootEventDisplay/,

http://cdfkits.fnaI.gov/CdfCode/source/RootMods/

Подписано к печати 03.08.06. Формат 60x90 1/16 Усл. печ. л. 1,5 Уч.-изд. Л. 1,1 Тираж. 100 Заказ. 523

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

Введение

1 Мотивация

1.1 Стандартная Модель, Суперсимметрия, или что-то еще?.

1.2 Поиск по виду события.

1.3 Лептон-фотонные события.

1.4 Результаты предыдущей стадии эксперимента, Run I.

1.4.1 Событие-кандидат eejjpT.

1.4.2 Поиск событий вида 77+Х.

1.4.3 От 77 к £у: Поиск событий вида £у + X.

2 Эксперимент CDF на ускорительном комплексе Теватрон

2.1 Теватрон

2.2 Экспериментальная установка CDF.

2.2.1 Координатная система.

2.2.2 Трековая система.

2.2.3 Калориметрия.

2.2.4 Мюонные системы.

2.2.5 Система измерения времени пролета частиц.

2.2.6 Черепковские счетчики светимости.

2.2.7 Триггер и система сбора данных

3 Программный пакет визуализации событий CDF Run II Event Display

3.1 Введение .2G

3.2 Обзор.

3.2.1 Реальные объекты.

3.2.2 Графические объекты.

3.2.3 Виды

3.2.4 Операции над объектами.

3.3 Модульная структура.

3.4 Графический интерфейс

3.5 Контроль данных в процессе сбора.

3.6 Дисплеи.

3.6.1 Виды г — фп г — z.

3.6.2 ВидЛсго.

3.6.3 Трехмерные изображения

3.6.4 Другие виды.

3.7 Реальные события.

9.2 Симулированные данные: W7, Z7, IV77 и Z77.70

9.3 NLO/LO поправки ('К-факторы'), примененные к XV Z'y, JV77, Z77 МС . . 70

9.4 Проверки.73

9.4.1 Сравнение образцов на уровне генератора.73

9.4.2 Сравнение образцов после добавления фрагментации и излучения . 74

9.5 Дибозонпыс процессы XV'у и Z0/y* + 7 как источник t*y + X событий.74

9.5.1 Ожидания от W7.74

9.5.2 Ожидания от Z°f7* + 7.76

9.6 Трибозонные процессы IV77 и Z77 как источник £7 + X событий.76

9.6.1 W77.77

9.6.2 Z77.78

9.7 Сумма вкладов от CM XV7, Z7, W77 и Z77.79

9.8 JV7 и Zy. W± —у или Z—>т+т~ где т —> ei^i^ или /i^i^ .80

10 Фон от неверной идентификации 80

10.1 Неверно идентифицированные фотоны ('лже-фотоны').81

10.1.1 Лже-фотоны из адронных струй.81

10.1.2 Лже-фотоны из тормозного излучения электронов.83

10.2 Неверно идентифицированные электроны ('лже-электроны') .85

10.2.1 Лжс-электроны из фотонных конверсий.86

10.3 КХД ('не-VV/Z') фон .88

10.3.1 'Не-VV/Z'образец.89

10.3.2 Метод оценки КХД ('He-W/Z') фона.89

10.3.3 Результаты оценки КХД ('не-W/Z') фона.92

10.3.4 Модифицированный метод оценки КХД ('ne-W/Z') фона.92

10.3.5 КХД ('не-17') фон для W .95

10.4 \V —>tv, где т —>ри, и затем р->7г7г°.95

11 Систематические ошибки 97

11.1 Экспериментальные систематические ошибки.97

11.2 Теоретические систематические ошибки .97

11.2.1 Масштаб факторизации.97

11.2.2 Выбор PDF (функции распределения партонов).97

11.2.3 К-фактор.98

11.3 Систематическая ошибка в определении светимости .99

12 События £7 + X в данных 99 12.1 Определение категорий событий по топологии.99

12.2 Число обнаруженных событий.101

12.3 Временная стабильность £7 событий .105

13 Сравнение числа обнаруженных и ожидаемых £7 событий 107

13.1 .ЮТ

13.2 ££7.111

13.3 £77.116

Заключение 116

Благодарности 118

А Приложение 119

А.1 Список Лептон-Фотонных событий.119

А.2 Дополнительные распределения для событий вида .123

А.2.1 Распределения для /гу]Ет.123

А.2.2 Распределения для е7^т.123

А.З Дополнительные распределения для событий вида ££j.127

А.3.1 Распределения для щл'у.127

А.3.2 Распределения для ее7.127

А.4 Графики стабилыюсти для Zj и Wj.133

А.5 СМХ и CMUP мюоны: сравнение изоляционных переменных.134

А.6 Проверка событий вида /л/л7, 'не-Z' фоны .135

Список иллюстраций

1.1 Резонантное рождение емюона и последующий распад: событие вида /гу]Ет . . 6

1.2 Событие-кандидат ее77^т из данных Run I.7

2.1 Схематический вид ускорительного комплекса Теватроп в лаборатории Фер-милаб.10

2.2 Продольный разрез экспериментальной установки CDF (Глава 2.2,1).12

2.3 Трековая система эксперимента CDF.15

2.4 Кремниевый трековый детектор.1G

2.5 Слои центральной дрейфовой камеры (СОТ).16

2.6 Секции CEM/CES/CHA.19

2.7 Проволоки и стрипы CES.19

2.8 Схематический вид PEM/PES/PHA.19

2.9 U и V слои в PES.19

2.10 г-ф вид модуля CMU .21

2.11 Расположение мюонных детекторов по ф и г/.22

2.12 Центральная мюонная система: CMU, CMP, СМХ.22

2.13 Диаграмма триггерной системы эксперимента CDF.25

3.1 Графический интерфейс CDF Run II EVD.31

3.2 Графическая панель ограничений.32

3.3 СОТ Дисплей (Вид г - ф) .33

3.4 RZ Дисплей (Вид г - z).34

3.5 Лего дисплей: Ет как функция rj — ф.35

3.6 Трехмерное изображение события и геометрии детектора CDF.36

3.7 Реальные события (интернет-страница для широкой публики) .37

4.1 Светимость L во временных интервалах стабильности.41

5.1 Распределение по rj — ф для мюонов.46

5.2 Контрольный образец Z° —> .50

5.3 Графики стабильности для Z0 —»и W± —»/х±v.52

6.1 Распределения для электронов, недостоверных на основе положения a CES . . 56

6.2 Контрольный образец Z0 —> е+е~ .60

6.3 Контрольный образец Z0 —> е+е~ для электронов в торцевом калориметре . . 61

6.4 Графики стабильности для Z0 —> е+е~ и W± —> e±v.63

7.1 Распределения переменных для Z0 —> е+е~ и с + '7' образцов.68

9.1 Интегральное поперечное сечение из MadGraph и СОМРНЕР для evy и е+е~7 73

9.2 Интегральное поперечное сечение из MadGraph и СОМРНЕР для W77 и Z77 74

9.3 Кинематические распределения для мюонного канала: MadGraph и Baur . 75

9.4 Диаграммы для рождения Z7 и Wj .76

10.1 Распределение dN/dE^ относительно для струй в W-образце и j-образце 82

10.2 Лже-фотопы из адронных струй: (a) Fqcd', (Ь) вероятность идентификации струи как фотона /^яш?.^

10.3 Число и спектр ожидаемых событий с лже-фотонами из адронных струй . 84

10.4 Распределения для одинаково и противоположно заряженных е+е~ пар . 87

10.5 Распределения для одинаково и противоположно заряженных е+е~ пар для МС 87

10.6 Сравнительные распределения для электронов из 'не-W/Z' образца и Z . . 90

10.7 Сравнительные распределения для мюонов из 'nc-W/Z' образца и Z.91

10.8 Проверка предположения одинаковой структуры подложки события.92

12.1 Распределение по инвариантной массе е'у для событий, в которых один лептон и один фотон, угол между которыми менее 150°.100

12.2 Электрон-фотонный образец: категории инклюзивных 67 + X событий . 102

12.3 Мюон-фотонный образец: категории инклюзивных цу + X событий.103

12.4 Лептон-фотонный образец: категории инклюзивных £у + Х событий.104

12.5 Графики стабильности для /ryJ£T и fi^i-y .105

12.6 Графики стабильности для су и ее7.106

13.1 Распределения для событий в образце .108

13.2 Распределения для событий в образце /гу}£т.109

13.3 Распределения для событий в образце е-у]£т.110

13.4 Распределения для событий в образце ll~i.112

13.5 Распределения для событий в образце .113

13.6 Распределения для событий в образце ее7.114

13.7 Распределения по потерянной поперечной энергии, J£T, для событий вида ££j 115

А.1 Дополнительные распределения для .124

А.2 Дополнительные распределения для е7^т.125

А.З Дополнительные распределения для е7^т: Продолжение .126

А.4 Дополнительные распределения для д/гу.128

А.5 Дополнительные распределения для /^7: Продолжение.129

А.6 Дополнительные распределения для цц-у: Продолжение.130

А.7 Дополнительные распределения для eej.131

А.8 Дополнительные распределения для ееу. Продолжение.132

А.9 Графики стабильности для Zj и Wj.133

А.Ю Распределения для СМХ и CMUP мюонов.134

А.11 Число переходов для д/гу и ^7)£т.136

Список таблиц

1.1 Наблюдаемые события и предсказания в рамках СМ для 77 + X в Run I . . . 8

1.2 Результаты поиска £7 + X в Run I.9

2.1 Основные параметры трековой системы эксперимента CDF.14

2.2 Сегментация калориметра установки CDF.17

2.3 Центральный и торцевой калориметры CDF.17

2.4 Мюонныс детекторы CDF .21

4.1 Временные интервалы, используемые для проверки стабильности работы подсистем установки и набора данных.40

5.1 Критерии идентификации мюонов.44

5.2 Строгие критерии отбора для CMUP и СМХ мюонов.45

5.3 Критерии отбора для бессегментных мюонов .47

5.4 Мюонныс триггерные эффективности и поправки.48

5.5 Критерии отбора для контрольного образца Z0 —> .49

5.6 Критерии отбора для контрольного образца W± —> p^v.49

5.7 Z° —► сравнение данных с Z0 —► МС.51

5.8 Числа событий для мюонпого образца.51

6.1 Критерии идентификации электронов в центральной части калориметра . 53

6.2 Критерии идентификации электронов в торцевой части калориметра .54

6.3 Центральные электроны по мере применения идентификационных требований 55

6.4 Дополнительные электроны в торцевом калориметре по мере применения идентификационных требований .58

6.5 Электронные триггерные эффективности и поправки .58

6.6 Критерии отбора для контрольного образца Z° —> е+е~ .59

6.7 Критерии отбора для контрольного образца W^ —► е±и .62

6.8 Z0 —> е+е~: сравнение данных с Z° —» е+е~ МС .62

6.9 Числа событий для мюонпого образца.64

7.1 Критерии идентификации фотонов в центральной части калориметра.65

7.2 Центральные фотоны по мере применения идентификационных требований . 66

9.1 Кинематические критерии, использованные для создания IV'у, Zу, Wуу и Zyy 71

9.2 IV7, Z7, W77 и Z77 MadGraph образцы.72

9.3 Wy и Zy Baur образцы.72

9.4 Предсказания от CM Wy для еу + X и \iy + X.77

9.5 Предсказания от CM Zy для еу + X и цу + X .78

9.6 Предсказания от CM Wyy для еу + X и цу + X .79

9.7 Сумма вкладов от CM Wy, Zy, W77 и Zyy.80

9.8 Сумма вкладов СМ от ту событий (распады Wy и Zy в тау канал).81

10.1 Ожидаемое число событий с лже-фотонами из адронных струй в разных подкатегориях .85

10.2 Оценка числа событий с е —► у лже-фотонами для различных категорий . 86

10.3 Разбитие событий с одинаково заряженными электронами в Z0 —► е+е~ образце 88

10.4 Число событий в различных регионах трековой изоляции для различных образцов .93

10.5 КХД фон. Поэтапное вычисление.94

10.6 КХД фон: с вычетом вклада от j —> 7 лже-фотонов. Поэтапное вычисление. . 94

10.7 КХД фон: с вычетом вкладах2 от j —> 7 лже-фотонов. Поэтапное вычисление. 94

10.8 Оценки КХД (ne-W/Z) фона для и ££у. Окончательный результат . 95

10.9 Оценки КХД (не-W/Z) фона для W .96

11.1 Обзор экспериментальных систематических ошибок для £у.98

11.2 Систематические ошибки на генерацию Zy, Wy, Zyy и W77.99

13.1 События вида 1уэкспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.107

13.2 События вида ££у. экспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.111

13.3 События вида £77: экспериментально обнаруженное число событий и предсказания СМ.116

А.1 Список событий вида /Х7^т.119

А.2 Список событий вида /х/гу .120

А.З Список событий вида е7^т.121

А.4 Список событий вида есу.123

Введение

Стандартная Модель (СМ) [1] физики элементарных частиц - теория, описывающая взаимодействия элементарных частиц: тысячи сечений рождения и ширин распадов, измеренных на различных экспериментах [2], объясняются в рамках СМ.

Тем не менее, стоит заметить, что в СМ не включено гравитационное взаимодействие, и ожидается, что СМ является теорией, работающей при относительно низких энергиях, тогда как при энергиях порядка ТэВ возможно проявление новых эффектов [3] за пределами СМ. Другой потенциальный недостаток СМ - отсутствие частиц, которые могли бы стать кандидатами для темной материи. Бозон хиггеа - последняя из частиц в СМ, ис обнаруженная экспериментально [3]. При расчете массы бозона хиггеа вычисления петлевых поправок 1 расходятся квадратично. Проблема иерархии [4] - еще один открытый вопрос в СМ.

Существуют различные подходы к решению проблем СМ. Например, для решения проблемы иерархии бозон хиггеа полностью удаляется из теории (Техпицвет [5]), или ноле хиггеа включается в расширенную группу симметрии (Суперсимметрия [6]).

Ускорительный комплекс Теватрон в лаборатории Фермилаб, на котором осуществляются столкновения протонов (р) и антипротонов (р), на сегодняшний день обладает наибольшей энергией в центре масс, ^fs = 1.96 TeV. Новый эксперимент, Run II, результаты которого представлены в диссертации, отличается от предшествующих экспериментов прежде всего более высокой энергией столкновения пучков, обновленным ускорительным комплексом, более высокой светимостью, а также улучшенным детектором. Изучение столкновений при таких энергиях может привести к открытию физики за пределами СМ, так называемой Новой Физики (НФ). Совместное рождение двух калибровочных векторных бозонов рассчитывается в рамках СМ, и в событиях такого вида следует искать рождение новых частиц, которые могут быть связаны с калибровочным сектором СМ (например, свойства t кварка изучаются в рождении it, и распадом t —> Wb).

Часть СМ, известная как теория электрослабых взаимодействий [7], объединяет электромагнитные и слабые взаимодействия. Переносчики взаимодействий, фотон (7) и массивные заряженные \\г± и нейтральный Z бозон, - фундаментальные частицы в этой теории.

Таким образом, поставленная задача - проверка СМ при максимально доступной энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, W±.

В этой диссертации сообщается о результатах поиска событий i-y+X в эксперименте Run II на данных с общей светимостью 305 рЬ~г, при энергии столкновения протон-антипротонных пучков, рр, 1.96 TeV, и улучшенной установкой, детектором CDF II. Кинематические критерии отбора установлены заранее, a priori, и соответствуют критериям, использованным в анализе, сделанном на предыдущей стадии эксперимента, Run I, в котором наблюдалось рас

В англоязычной терминологии loop corrections хождение между предсказаниями в рамках СМ и экспериментальными данными для событий вида [8, 9].

Для поиска НФ необходимо понимание предсказаний СМ. В диссертации представлены результаты поиска аномального рождения событий, содержащих заряженный лептон (£, с или д) и фотон (7) высокой энергии. События включают в себя дополнительные объекты, X, такие как потерянная поперечная энергия (JST), а также дополнительные лептоны и фотоны. 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 [10,11]. Изучение рождения IV7 и Z7 па эксперименте CDF опубликованы в [12]. Материалы, изложенные в диссертации, представлены на многих конференциях и семинарах. Статус поиска событий вида £^/-\-Х представлен на конференции Американского Физического Общества (APS, Philadelphia, 2003 г.). Позже, поиск был анонсирован SUSY сообществу на конференции по Суперсимметрии (SUSY, Tucson AZ, 2003 г.) [13]. Результаты поиска £7 + X были представлены на конференции по Суперсимметрии (SUSY, Durham, 2005 г.) [14], Международной Школе Субъядерной Физики (Erice, 2005) [11], Зимнем Инситуте в Лэйк Луиз (2006, Canada) [15], конференции НСР (2006, Durham, USA) [16], SUSY'06 [17], ICHEP'06 [18]. Также материалы диссертации были представлены на совещании сотрудничества CDF (Sitges, 2005) и на совещаниях рабочих групп по экзотике, физике фотонов, и сверхэкзотичных явлениях.

На Международной Школе Субъядерной Физики (Erice, 2005) диссертант был удостоен награды за оригинальную работу в экспериментальной физике за доклад 'Поиск Новой Физики в событиях с фотонами'. Эта работа прорецепзивовапа и принята к публикации в EPJ С [И] лауреатом Нобелевской Премии 1999 года, G. t'Hooft.

Результаты поиска аномального рождения событий, содержащих заряженный лептон {£, е или j.i) и фотон (7) высокой энергии, были представлены на семинарах в Университете Санта-Барбара и в Университете Рочестера, а также были рецензированы многими институтами, входящими в состав сотрудничества CDF, среди которых Университет Чикаго (UC), IPP Канада, Университет Duke, Лаборатория Беркли (LBNL), СНЕР Корея, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн (UIUC), а также лаборатория Фермилаб.

Один из наиболее важных инструментов для понимания событий, которые могут оказаться проявлением НФ, это программный пакет визуализации событий CDF Run II Event Display (EVD) [19, 20]. EVD широко используется как для анализа данных, так и для контроля данных в процессе сбора [21]. Развитие и поддержка программного пакета EVD - важный вклад группы ИТЭФ в эксперимент CDF. Диссертант является лидером этого проекта [22].

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

Результаты работы трех независимых генераторов матричных элементов основного порядка сравниваются для проверки надежности предсказаний.

Для всех каналов, Z7, W77 и Z77 (электронная мода, мюонпая мода) наблюдается хорошее согласие между результатами MadGraph и СотрНер. Поскольку эти два генератора сильно отличаются технически (в MadGraph используется прямой метод вычисления амплитуд 3, тогда как в СотрНер используется символьная оценка квадрата матричного элемента), согласие между ними дает доверие к полученным предсказаниям.

На Рисунке 9.1 показаны сечение рождения относительно Ет фотона для MadGraph и СотрНер Wj и Z7 образцов [81, 82].

На Рисунке 9.2 показаны сечение рождения относительно Ет фотона для MadGraph и СотрНер IV77 и Z77 образцов [81, 82]. Дополнительные проверки для всех трех МС образцов, использованных для предсказаний СМ, проведены для симулированных данных в [89] на ранней стадии физического анализа. После этого программный пакет симуляции и рекон

3В англоязычной терминологии helicity amplitude calculation

10

W yy у 1 ,y2 Et integrol spectro Tight Cuts ei: Et>25 IrjKI.O v\ Et>25 I77K6.O qH Et>25 hjlO.O g2: Et>12 hjl<2.5 4R > 0.4

71

MadGroph COMPHEP j

20 40

60 80 100 120 140 160 180 200 ET(Gamma) (GeV)

10'

10' ш X> \ b "°10

Zyy yl

MadGroph COMPHEP 1 20 y1,y2 Et integral spectra

Tight Cuts: ei: Et>25 ItjKI.O e2' Et> 12 h]K2.b ql: Et>25 I77KI.O gZl B>12 lnl<2.5 AR > 0,4

71

40 60 80 100 120 140 160 180 200

ET(Gomma) (GeV) a) ei/77 (b) e+e 77

Рис. 9.2: Интегральное поперечное сечение в аттобарнах (Ю-3 фб или 10с пб), из генераторов MadGraph и СОМРНЕР при энергии рр 1.96 GeV относительно Ет фотона для (а) рождения W77, (Ь) рождения Z77. Показано сечение рождения высокоэнергетичного фото-па с порогом Ех (7I) и второго фотона (72) [81, 82]. струкции был обновлен, и результат сравнения двух из трех генераторов, MadGraph и Baur, показан ниже на Рисунке 9.3.

9.4.2 Сравнение образцов после добавления фрагментации и излучения

Подробное сравнение предсказаний из MadGraph и Baur генераторов, произведенное впервые для эксперимента CDF, стало темой отдельной внутренней статьи CDF [90, 80]. К примеру, полученные распределения для мюонпого капала Z7 показаны на Рисунке 9.3.

9.5 Дибозонные процессы W^ и как источник X событий

9.5.1 Ожидания от Wy

Рождение W7 было основным СМ источником для событий вида £7^ с кинематическими требованиями ly+Х анализа на предыдущей стадии эксперимента в Run I [28]. В Run I вклад Wy составлял 1.93 ± 0.26 событий из 3.41 ± 0.34 в канале еу$т, и 1.99 ± 0.27 из 4.23 ± 0.46 в канале /.lyfij. Следовательно, крайне важно, чтобы предсказания для Wy было надежным. а) Ет 1-го лептона, GeV (b) Ет 2-го лептона, GeV с) Ет фотона, GeV

Uptonfl!) d) у 2-го лептона е) г/ 2-го лептона f) 77 фотона g) М(Z), GeV h) дф(ее) i) M(Z7), GeV

Рис. 9.3: Кинематические распределения для мюонного капала: MadGraph и Baur на уровне генератора. MadGraph (точки) и Baur (полные точки) с идентчиными кинематическими критериями [90].

Фотон может излучаиться из одного из взаимодействующих кварков в начальном состоянии, заряженного бозона (IF), или же из лептона в конечном состоянии, как показано на Рисунке 9.4. Детальная информация о кинематических распределениях и сечениях для ди-бозонных и трибозоппых процессов приведена в [81].

Предсказания для е'у и ^7 событий, удовлетворяющих используемым критериям отбора, 1

ЛУ\Л' ''—-fW?

7/;'*( W

•Л/Ч/У л/х/^т

•У

Рис. 9.4: Древесные диаграммы для рождения Zy и IV7. для С = 305pb~l от рождения Wy приведены в Таблице 9.4 для MadGraph и Ваиг генераторов. Ошибки для вкладов СМ включают неопределенность на функцию распределения партопов (PDF), используемую для моделирования событий (5%), масштаб факторизации (2%) и К-фактор (3%), ошибку от сравнения различных МС генераторов (~ 5%), и ошибку в определении светимости (6%) (Глава 11).

9.5.2 Ожидания от Z°Jy* +7

Процесс рр—>Z°/y*+7 также один из основных СМ источников фона для поисков НФ в событиях вида ly + X. Фотон может быть излучен из налетающих кварков, или же из лсптонов, как изображено па Рисунке 9.4. Детальная информация о кинематических распределениях и сечениях для Zy приведена в [81].

Предсказания для еу и ру событий, удовлетворяющих используемым критериям отбора, для С = 305pb1 от рождения Zу приведены в Таблице 9.4 для MadGraph и Ваиг генераторов. Ошибки для вкладов СМ включают неопределенность на функцию распределения партонов (PDF), используемую для моделирования событий (5%), масштаб факторизации (2%) и К-фактор (3%), ошибку от сравнения различных МС генераторов 5%), а также ошибку в определении светимости (6%) (Глава 11).

9.6 Трибозонные процессы W77 и Z77 как источник + Х событий

Хотя вклад трибозоппых процессов Wyy и Zyy мал, для событий вида lyy это наибольший истинный вклад от СМ (помимо истинного вклада, есть неверные детекторные измерения, которые также могут приводить к событиям типа lyy). Наблюдение событий такого типа в а? г? £ к а; 1 x о с? 0 V V

Wj, электронный канал

MadGraph 15.3±0.99 1.61±0.32 13.6±0.93 0±0.042 0±0.042

Baur 15.9±1.31 2.05±0.47 13.8±1.21 0±0.069 0±0.069

Среднее 15.60±0.82(шао ±1.7(W) 1.83±0.28(»tat) ±0.48(sys) 13.70±0.76(stat) ±1.41(Sye) 0.0±0.040(stat) ±0.0(sys) 0.0±0.040(slat) ±0.0(sys)

W7, мюопный канал

MadGraph 10.4±0.77 1.97±0.34 8.44±0.70 0±0.042 0±0.042

Baur 10.8±0.95 1.56±0.36 9.25±0.88 0±0.059 0±0.059

Среднее 10.60±0.61(»ш, ±1.18(sys) 1.77±0.25(stat) ±0.45(8у9) 8.84±0.56(stat) ±1.23(9У9) 0.0±0.036(Stat) ±0.0(sys) 0.0±0.036(9tat) ±0.0(ЯУ3)

Заключение

Обобщая сказанное выше, был произведен поиск физики за пределами Стандартной Модели (СМ) при максимально доступной на сегодняшний день энергии столкновения рр, в событиях с совместным рождением фундаментальных частиц, включая 7, Z°, IV±. Областью исследования стали события вида + X, содержащие лептопы и фотоны высокой энергии, рождение которых возможно в разных моделях Новой Физики (НФ), таких как Суперсимметрия (SUSY) или Дополнительные Измерения (LED). Следовательно, на первую роль выходит хорошее понимание СМ, 'фона' для событий такого вида в рамках НФ.

В частности, на экспериментальных данных Run II был осуществлен поиск аномалии, обнаруженной в событиях вида £7 + X па предыдущей стадии эксперимента в Run I, где в дополнение к редкому в рамках СМ есуу)5Т событию наблюдалось разногласие между экспериментальными данными и предсказаниями СМ. В исследовании, ставшем темой диссертационной работы, использованы заранее установленные кинематические критерии отбора событий вида fy + X для существенно большего образца данных, взятых на улучшенной экспериментальной установке при большей энергии столкновения pp.

Важный вывод, основанный на анализе новых данных, состоит в том, что уровень превышения числа обнаруженных событий в Run I над предсказаниями СМ в событиях типа составивший 2.7 сг, оказался статистической флуктуацией. В случае, если отношение числа обнаруженных и ожидаемых событий для £у]£т в данных Run I, 16/7.6, осталось бы на прежнем уровне, найденное превышение в 2.7 а в этом канале привело бы к обнаружению 78±11 событий в данных Run И, тогда как экспериментально обнаруженное число событий составило 42.

Установлено, что число событий в подкатегориях £7 и ££у £у + Х образца соответствует предсказаниям СМ. Не обнаружено таких событий, как Run I событие-кандидат ес77 и, как более общее наблюдение, не найдено ££у событий с аномально большой потерянной поперечной энергией или же с дополнительными фотонами.

Тем не менее, обнаружено, что в событиях вида в данных Run II, число экспериментально обнаруженных событий несколько превышает СМ предсказание. Возможно, что теоретические вычисления на древесном уровне (LO) с поправкой на К-фактор (NLO), зависящий от эиергии фотона и от инвариантной массы дилептонов, для дибозонных каналов И/7 и Zn/7* + 7) в которых содержится множество диаграмм, включая излучение из начального состояния, недостаточно точны для описания имеющихся экспериментальных данных.

С другой стороны, обнаружено небольшое число событий 'на хвостах' кинематических распределений, там где ожидание в рамках СМ крайне мало. Эти события вносят вклад в превышение числа наблюдаемых событий над СМ ожиданием, точно так же как и событие ее77 в Run I поиске событий вида £у+Х. Для того чтобы узнать, являются ли эти события редким фоном, или же чем-то новым, требуются новые данные.

Планируется, что к концу эксперимента Run II будет набрано в 10-20 раз больше данных, чем представлено в диссертации. Большая статистика потребует улучшенного понимания фонов, равно как и лучших оценок рождения Wy и Z°/7* +7 в рамках СМ, т.к. доминирующей ошибкой станет систематическая, что включает в себя теоретическую систематическую ошибку. Другая ошибка - неопределенность в оценке вероятности того, что адроппая струя будет неправильно идентифицирована как фотон, на данный момент также ограничена статистикой и впоследствии будет существенно улучшена для новых данных. Таким образом, надежное теоретическое предсказание Z0/7* + 7 и Wy выйдет на первый план.

Подводя итог сказанному выше, хотя в новых данных не найдено событий, подобных ee77j£T, и разногласие между данными и теорией для кУДа менее значимо, чем для данных Run I, дан ответ на вопрос, вызвавший большой интерес в среде физиков-теоретиков. Исследованные каналы остаются интересными и важными для проверки положений СМ, и наработанные для анализа методики, а также приобретенные знания будут полезными для поисков НФ в этом канале как на большем образце данных на Теватроне, так и на данных при большей энергии столкновения на LHC.

Благодарности

В первую очередь хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю А.А.Ростовцеву за поддержку и критику, а также за предоставление прекрасных условий для плодотворной научной работы, без чего выход данной работы был бы невозможен,

Особую благодарность хочу выразить лидеру группы Университета Чикаго в сотрудничестве CDF H.J. Frisch за совместную работу над физическим анализом и выпуском статей, а также за помощь в организации моих визитов в CDF и предоставленные возможности для доклада результатов на конференциях.

Я благодарен Э.Э. Боос Л.В. Дудко, А.С. Беляеву и А.В. Шерстневу за их поддержку и развитие СошрНер, а также Т. Steltzer, S. Mrenna, и F. Maltoni за развитие и поддержку MadGraph и Pythia. U. Baur оказал большую помощь с Baur МС, а также предоставил Кофакторы для лучшей оценки Zy и Wy СМ предсказаний. Мне приятно поблагодарить своих коллег И.Шрсйбср, S. Levy, С. Pilcher, А.Парамонова, и С. Wolfe за помощь в подготовке данных для анализа, а также активное участие в обсуждении методик и результатов.

Я считаю своим долгом поблагодарить сотрудников CDF К. Copic, R. Culbcrtson, М. Гончарова, Н. Hayward, В. Heineinann, Н. Gerberich, A. Goshaw, М. Kirby, Д.Литвинцева, J. Nacht-man, А. Сафонова, Т. Shears, R. Tafirout, S. Thompson, D. Toback, J. Tsui, S. Tsuno, S.M. Wang, и Un-Ki Yang за их вклад в работу.

Я признателен S. Arcelli, R. Blair, R. Moore, A. Sidoti за их помощь в подготовке публикаций. Я благодарен рецензентам PRL и EPJ С за их отзывы о публикациях, а также редакторам, R. Garisto и G. Dimler, за помощь в публикации результатов. Я признателен G. t'Hooft за обзор моей рукописи для публикации в EPJ С.

Я рад возможности выразить благодарность преподавателям МФТИ и ИТЭФ за полученные знания и за привитую любовь к физике элементарных частиц.

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. S. Eidelman et al. Review of particle physics. Phys. Lett., B592:l, 2004.

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

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

5. S. Ambrosanio, G.L. Kane, G.D. Kribs, S.P. Martin, and S. Mrenna, Phys. Rev. D 55, 1372 (1997); B.C. Allanach, S. Lola, K. Sridhar, Phys. Rev. Lett. 89, 011801 (2002); hep-ph/0111014.

6. JI.B.Окунь. Лептпоны и Кварки. 1984.

7. D. Acosta et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. D 66, 012004 (2002); hep-ex/0110015.

8. D. Acosta et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. Lett. 89, 041802 (2002); hep-cx/0202004.

9. A. Abulencia et al. (CDF Collaboration). Search for New Physics in Lepton + Photon + X Events with 305 pb~l of pp Collisions at <Js= 1.96 TeV. Phys. Rev. Lett. 97, 031801 (2006).

10. A.Loginov for the CDF Collaboration. Search for New Physics in Photon Final States. Eur.Phys.J. С 46, Supplement 2, pp. 21-31 (2006).

11. 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.

12. S.Lee for the CDF Collaboration. New Physics Searches with Photons in CDF. Proceedings of SUSY 2003, Tucson, AZ; FERMILAB-CONF-04-026-E; hep-ex/0402027, 2003.

13. A.Loginov for the CDF Collaboration. Search for New Physics in Photon Final States (SUSY 2005, Durham). FERMILAB-CQNF-05-598-E; hep-ex/0604036, 2005.

14. H. Frisch. Collider Physics Experiments. To appear in Proceedings of the Twenty First Lake Louise Winter Institute, 2006.

15. G. Brooijmans for CDF and D0 Collaborations. Other Exotic Searches at the Tevatron. To be published in Proceedings of the HCP 2006 conference, 2006.

16. M. Goncharov for CDF Collaboration. Search for Exotic New Phenomena in CDF. To be published in Proceedings of l^th International Conference on Supersymmetry and the Unification of Fundamental Interactions Irvine, California, USA 12-17 June 2006, 2006.

17. A. Pronko for CDF Collaboration. Search for New Physics with CDF Detector. To be published in Proceedings of XXXIII International Conference on High Energy Physics (ICHEP'06), 2006.

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

19. D.Litvintsev, A.Loginov, I.Shreyber. The CDF Run II Event Display, evd.fnal.gov, 2006.

20. A.Loginov, Yen-Chu Chen for CDF Collaboration. The CDF Run II Live Events. Live Events Page, http://evd.fnal.gov/online, 2006.

21. CDF Run II Event Display Team: James Bellinger (UoW, Madison) Jong-young Chung (OSU) YeonSci Chung (UR)1. Elena Gerchtein (ITEP)1. Robert Harr (WSU)

22. Konstantin Kotelnikov (ITEP)

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

24. Andrei Loginov (ITEP, Project Leader 2001-2006)1. Akiya Miyamoto (KEK)1. Pasha Murat (Fermilab)1. Carsten Rott (Purdue)

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

26. Elena Vataga (New Mexico Univ.) .

27. L. Susskind. Phys. Rev. D, D20, 1979.

28. H.P. Nilles, Phys. Rep. 110,1 (1984); H.E. Haber and G.L. Kane, Phys. Rep. 117, 75 (1985).2627 28 [2930