Оценка возможности обнаружения – резонансов в условиях эксперимента ATLAS Храмов Е.В. Тоноян А.Н.

Существует несколько моделей тяжелых резонансов, распадающихся на - кварковую пару : Например, в рамках Стандартной модели – бозон Хиггса Но т.к. при М Н =500 ГэВ его =63 ГэВ, а вероятность канала Н ~17% не видно над фоном

Вне Стандартной модели: Модели топколора Z' t (различные способы взаимодействия с группами кварков) Масса, ГэВ, пкбарн Модель IМодель IIМодель IIIМодель IV × × × × × × × × × × × × × × × Базовая модель Z' - бозона (аналогичен СМ Z 0 бозону, но с большей массой) Масса, ГэВ, пкбарн Данная модель по умолчанию используется в генераторе событий PYTHIA

Модели техниколоров = 2 ТэВ В теории техниколора вводятся новые бозоны Голдстоуна – технипионы, благодаря которым, по аналогии с механизмом бозона Хиггса, калибровочные бозоны слабого взаимодействия Z 0 и W ± приобретают массу. Дифференциальное сечениетехнипиона в зависимости от массы

Hadronic Calorimeters EM Calorimeters Inner Detector Muon Chamders Экспериментальная установка ATLAS Toroid Magnets System Установка ATLAS проектируется как универсальный детектор, который должен быть введен в строй в 2007 году. Будет проводиться на протон-протонном ускорителе на встречных пучках LHC с = 14 ТэВ и спроектированной светимостью 10 фмбарн -1 при низкой светимости и 100 фмбарн -1 при высокой. Расположен на глубине ~100м. Длина ~ 25 м. и радиус ~ 11 м. Максимальный интервал псевдобыстрот регистрации

Постановка задачи Задача работы – провести оценку возможности регистрации с помощью экспериментальной установки ATLAS резонансов c различными массами и ширинами, распадающимися на топ-антитоп пару на основе быстрого моделирования данных. Методика выполнения Рассматривалась и оценивалась статистика фоновых и резонансных событий за 1 год работы LHC при низкой светимости (10 фмбарн -1 ). Для выполнения поставленной задачи необходимо было: выделить канал распада топ-антитоп пары учесть и оценить все возможные в рамках Стандартной Модели фоны выработать критерии отбора выбранного канала оценить минимальное сечение рождения резонанса дающее статистическую значимость ~ 5σ

Канал наблюдения - резонанса: где один из топ-кварков распадается по лептонному каналу (t->b+l+ν), а другой – по адронному (t->b+jj). вероятность такого канала ~ 30 % отношение сигнала к шуму ~65 R

1. Прямое рождение - пар ( ) σ ~ 833 пкбарна ( событий в год) 2. σ ~ от 3.4 до 7800 пкбарн (~80 млн. соб. в год) 3. σ ~ 0.4 пкбарна (4000 событий в год) Рассматриваемый фон

Критерии выделения - пары (стандартные для ATLASa) оодин изолированный лептон (e,μ) с поперечным импульсом Ннедостающий поперечный импульс в событии Ччетыре (две ) струи с поперечным импульсом с псевдобыстротой. После применения этих критериев отношение фона 1-го типа к фону 2-го типа становиться ~ 65, а количество событий от фона третьего типа уменьшается с 4000 до 30 в год!!!

Генерация пакетом PYTHIA (версия 6.203) На примере Z t резонанса по базовой модели с М(Z t )=500 ГэВ и =14 ГэВ Инв. массы струйного(слева) и лептонного(справа) топ-кварков. Инв. масса Z t резонанса (есть сдвиг)

Почему быстрое? Без геометрии ATLASa!!! Делаются поправки на четырехимпульс и направление, согласно их величине и проектируемой энергетической и позиционной разрешающей способности детекторов событий за ~24 ч. Быстрое моделирование пакетом AtlFast (версия 7.0.2) Инв. массы струйного(вверху) и лептонного(внизу) топ-кварков. Учтена энергия нейтрино!

Установка позволяет определять недостающий поперечный импульс в событии Решение следующего уравнения относительно p z для нейтрино позволит учесть его энергию Чтобы оценить сечения, необходимо определить функцию суммарного распределения резонанса и фона Для этого предположили, что: Фон имеет экспоненциальную функцию распределения Резонанс имеет форму распределения Гаусса Фитирование по наименьшему

Рассматривались резонансы с массой 1500 ГэВ (рис. слева) и полушириной генерации Г (Z t бозон) =48.5 ГэВ (сплошная-h10) и Г (техни-η)=238 ГэВ (пунктир-h8)… …а также резонансы с массой 2000 ГэВ (рис. справа) и полушириной генерации Г (техни-η) =4.9 ГэВ (сплошная-h10) и Г (техни-η)=324 ГэВ (пунктир-h8).

Техни-η М=1500 ГэВ ( Г =238 ГэВ) Z t бозон М=1500 ГэВ ( Г =48.5 ГэВ) Техни-η М=2000 ГэВ ( Г =4.9 ГэВ) Техни-η М=2000 ГэВ ( Г =324 ГэВ)

Итоговые результаты Резонанс Масса генрир./восст., ГэВ Г генер. ГэВ Кол-во сгенер. событий Кол-во прошедших критерии Сечение генер./восст., пкбарн Z'Z' 1500 / / 4.2 Техни-η 1500 / / 12.5 Техни-η 2000 / / 2.5 Техни-η 2000 / / 4.8

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы: 1.Для резонансов массой 1.5 ТэВ, при изменении Г в ~5 раз от 48.5 до 238 ГэВ, сечение изменяется в 3 раза, от 4.2 до 12.5 пкбарн; 2.Для резонансов массой 2 ТэВ, при изменении полуширины в ~65 раз от 4.9 до 324 ГэВ, сечение изменяется в 2 раза, от 2.5 до 4.8 пкбарн; 3.Из рассмотренных резонансов реальный потенциал обнаружения имеют только техни-η, теоретическое сечение которых в несколько раз превышает минимально необходимое сечение для достижения статистической значимости ~5σ; Выводы