Beyond the Standard Model searches in the sector of heavy quarks and exotic long-lived particles
Loading...
DOI
Date
2024
Authors
Goncerz, Mateusz
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Thesis supervisors
Publisher
The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences
License Type
Creative commons license
Abstract
Praca doktorska rozważa trzy aspekty poszukiwań zjawisk wykraczających poza Model Standardowy, skupiając się˛ na eksperymentalnych sygnaturach z ciężkimi dżetami oraz egzotycznymi cząstkami rozpadającymi się˛ w przesuniętych wierzchołkach wtórnych. Przekrój czynny na produkcję Z0 (→ μ+μ−) b¯b został zmierzony w części "do przodu" przestrzeni fazowej, wykorzystując dane ze zderzeń proton-proton, zebrane przez eksperyment LHCb przy energii 13 TeV w układzie środka masy. Wartość została wstępnie oszacowana na 70.70±26.56 (syst.)±0.74 (stat.) pb i jest zgodna z przewidywaniami Next-to-Leading Order. Następnie zbadana została czułość detektora CLIC, w pierwszej z jego planowanych faz działania, na sygnatury egzotycznych cząstek długożyciowych. Przeanalizowano scenariusz Ukrytej Doliny (Hidden Valley), z dodatkowym sektorem cząstek o strukturze podobnej do QCD, oraz proces H → π0vπ0v → b¯bb¯b. Zbadane zostały hipotezy mπ0v∈(25, 35, 50) GeV oraz τπ0v∈ (1, 10, 100, 300) ps, a górne limity zostały obliczone na poziomie ufności 95%. Są˛ one rzędu 10−4 pb i są˛ kilka rzędów wielkości lepsze niż˙ dla obecnie działających detektorów. Na koniec, opracowane zostało centralne oprogramowanie dla planowanego eksperymentu MUonE, który ma wykonać precyzyjny
pomiar hadronowego przyczynku do anomalnego momentu magnetycznego mionu. Zawiera ono algorytmy dla wszystkich niezbędnych stadiów analizy danych eksperymentalnych, tj. rekonstrukcji przypadków, symulacji detektora, jego pozycjonowania oraz selekcji przypadków w trybie offline. Oprogramowanie zostało z powodzeniem użyte do analizy danych zebranych podczas wiązki testowej w 2018 roku. Wydajność algorytmów oraz detektora zostały również oszacowane dla jego ostatecznej konfiguracji, przy użyciu symulacji Monte Carlo. Wzięty pod uwagę został rozszerzony program fizyczny eksperymentu MUonE, zawierający poszukiwanie egzotycznych cząstek długożyciowych z leptonowymi sygnaturami rozpadu.
The thesis considers three aspects of Beyond the Standard Model searches, focusing on experimental signatures with heavy particle jets and exotic particles decaying in displaced secondary vertices. The Z0 (→ μ+μ−) b¯b production cross-section is measured in the forward kinematic region, using proton-proton collisions collected by the LHCb experiment at the centre-of-mass energy of 13 TeV. The value is preliminarily evaluated as 70.70 ± 26.56 (syst.) ± 0.74 (stat.) pb, which is compatible with the Next-to-Leading Order prediction. Next, the sensitivity of the CLIC detector to exotic long-lived particle signatures is studied for the first stage of its planned operation. A Hidden Valley scenario with a QCD-like hidden sector and a H → π0vπ0v →b¯bb¯b process are analysed. The hypotheses of mπ0v∈ (25, 35, 50) GeV and τπ0v∈(1, 10, 100, 300) ps are considered and the upper limits on σ (H) BR (H → π0
vπ0v) are calculated at 95% confidence level. They are found to be at the order of 10−4 pb and are several orders of magnitude better than for currently operating detectors. Finally, the central software has been developed for the planned MUonE experiment, aiming to perform a precise measurement of the hadronic contribution to the anomalous muon magnetic moment. It includes algorithms for all the crucial stages of experimental data analysis, i.e. event reconstruction, detector simulation, alignment and offline selection. It is successfully used to perform an analysis of the data collected during 2018 test beam. The algorithm and detector performance are also evaluated for the ultimate apparatus, using Monte Carlo simulation. The extended physics program of MUonE experiment, including searches for exotic longlived
particles with leptonic final states, is considered and discussed.
Description
The thesis was supported by the PRELUDIUM grant, under the contract 2023/49/N/ST2/02173, and OPUS grant, under the contract 2022/45/B/ST2/00318, from the National Science CentreNCN(Poland) as well as by computing grants from the Academic Computer Centre Cyfronet AGH.
Keywords
Citation
Sponsorship:
Narodowe Centrum Nauki
Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH
Grantnumber:
License Type
Attribution 4.0 International