Μελέτη σπανίων τρόπων διάσπασης Αδρονίων B και εφαρμογές οπτικοποίησης Δεδομένων Συστήματος Αυτομάτου Ελέγχου στο πείραμα ATLAS

Abstract

Η διδακτορική διατριβή αποτελείται από τρεις θεματικές ενότητες: 1. Μελέτη του σωματιδίου χb και της διάσπασής του σε δυο J/ψ με χρήση δεδομένων του ανιχνευτή ATLAS από συγκρούσεις πρωτονίων στον LHC. 2. Μελέτη της σπάνιας διάσπασης Bs0->μμ και υπολογισμός του άνω ορίου του Br(Bs0->μμ) με χρήση δεδομένων του ανιχνευτή ATLAS από συγκρούσεις πρωτονίων στον LHC. 3. Ανάπτυξη εφαρμογής οπτικοποίησης δεδομένων του συστήματος αυτομάτου ελέγχου του ανιχνευτή ATLAS

Στα πλαίσια του Καθιερωμένου Προτύπου, έχουν αναπτυχθεί διάφορα θεωρητικά μοντέλα για μια ποσοτική περιγραφή της παραγωγής καταστάσεων βαρέων κουαρκόνιουμ (ένα quark και το αντι- quark του σε μια δέσμια κατάσταση) τα οποία όμως δεν επαληθεύονται ακριβώς από το πείραμα.Μια πρώτη εκτίμηση της ευαισθησίας της ανάλυσης όσο αναφορά την συγκεκριμένη διάσπαση μπορεί να γίνει με σύγκριση της effective cross section σʼ = N/Lint μεταξύ των δεδομένων προσομοίωσης και των πραγματικών δεδομένων. Ο θεωρητικός υπολογισμός του effective cross section με χρήση δεδομένων προσομοίωσης δίνει σ'(MC) = [0, 23 − 1, 47] fb ενώ για τα πραγματικά δεδομένα η μετρούμενη τιμή είναι σ'(DATA) = (0, 58 ± 0, 001) fb. Αν αναλογιστούμε τη συνεισφορά του χb2 καταλαβαίνουμε ότι η ανάλυση έχει πλέον αποκτήσει την απαιτούμενη ευαισθησία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή ενώς άνω ορίου με τα δεδομένα του 2011 ενώ υπάρχουν βάσιμες προσδοκίες για παρατήρηση της συγκεκριμένης διάσπασης με τα γεγονότα του 2012. Οι διαδικασίες ουδετέρων ρευμάτων που αλλάζουν το flavour των κουαρκ (flavour changing neu- tral currents) καταστέλλονται πολύ στα πλαίσια του Καθιερωμένου Προτύπου (ΚΠ) και γι αυτό η μελέτη τους είναι ιδιαίτερης σημασίας για την αναζήτηση νέας φυσικής. Το καθιερωμένο πρότυπο προβλέπει ένα ρυθμό διάσπασης του B0s → μ+μ− υπερβολικά μικρό ( (3, 5 ± 0, 3) × 10^-9). Αυτή η διαδικασία όμως ενδέχεται να ενισχύεται από συζεύξεις από άλλα σωματίδια εκτός του ΚΠ (π.χ. υπερ-συμμετρικά σωματίδια). Γι αυτόν τον λόγο ο υπολογισμός ανωτάτων ορίων στον ρυθμό διάσπασης του B0s → μ+μ− είναι μεγάλης σημασίας στο ερευνητικό πρόγραμμα του CERN. Ο υπολογισμός του ίδιου του ορίου Br (B0s →0μ+μ−) έγινε με τη μέθοδο των 95 % CLs και απέφερε το ανώτατο όριο Br(B0s → μ+μ−) = 2, 2 × 10^-8. Το DDV (DCS Data Viewer), είναι μια διαδικτυακή εφαρμογή οπτικοποίησης δεδομένων του συστήματος αυτομάτου ελέγχου. ́Εχει μια αρχιτεκτονική υπηρέτη–πελάτη (server–client) και αρθρωτό και ευέλικτο σχεδιασμό. Είναι σχεδιασμένο ώστε να εξυπηρετεί όλη την επιστημονική κοινότητα του ανιχνευτή (εμπειρογνώμονες και απλούς χρήστες) και είναι προσβάσιμο από το διαδίκτυο εντός και εκτός CERN.

The first part of the thesis is a study of the sensitivity of the ATLAS detector of the di-onia resonances. In this analysis, which is a first study of di-onia resonances within ATLAS, the desired final measurement is the Br(chi_b->J/ψJ/ψ). We concluded that the effective cross section of the measured background is comparable with the effective cross section of the expected signal, which indicates that the analysis has obtained the required sensitivity and that the expected statistics of the LHC 2012 data (even a fraction of them) should lead to a first observation. The second part of this thesis, describes the measurement of the Br(Bs0->μμ) using 2.4 (1/fb) of the LHC ATLAS data. While the author has extensively contributed to some important steps of the study, the final measurement is a result of a work of many people. A proper statistical treatment, based on the CLs method, was performed and a limit of the Br(Bs0->μμ) <2.2 x 10^-8 at 95% CL is extracted. The third part of the thesis described a data viewing application for ATLAS DCS data. The tool is called Dcs Data Viewer and it is the official ATLAS software that covers the needs of offline detector data visualisation.