Search for beyond Standard Model physics with same-sign dileptons
(2014)- Abstract
- An introduction into the theory and experimental background of particle physics and the ATLAS
detector is given. The transition radiation tracker (TRT) which is vital to the particle tracking
and identification is then described giving particular creedence to the calibration. The automation
of this calibration is explained. The second half of this thesis and the central part dwells on the
analyses searching for beyond Standard model physics at the ATLAS detector using same-sign
dilepton pairs (e±e±, e±μ± , μ±μ± ) during both the 7 TeV and 8 TeV data taking periods at the
Large Hadron Collider (LHC). In both searches no significant excess from the standard model
(SM) was seen.... (More) - An introduction into the theory and experimental background of particle physics and the ATLAS
detector is given. The transition radiation tracker (TRT) which is vital to the particle tracking
and identification is then described giving particular creedence to the calibration. The automation
of this calibration is explained. The second half of this thesis and the central part dwells on the
analyses searching for beyond Standard model physics at the ATLAS detector using same-sign
dilepton pairs (e±e±, e±μ± , μ±μ± ) during both the 7 TeV and 8 TeV data taking periods at the
Large Hadron Collider (LHC). In both searches no significant excess from the standard model
(SM) was seen. Limits were set on the fiducial cross-section for new physics as a function of
invariant mass. Exclusion limits are also derived for a specific model of doubly charged higgs
boson production and are seen to improve from the 7 TeV analysis to the 8 TeV analysis. (Less) - Abstract (Swedish)
- Popular Abstract in Swedish
Frågorna som partikelfysiker ställer är samma frågorna som folk har ställt under hela
mänsklighetens tid på jorden, nämligen: Var kommer vi från? Vad är det som bygger
upp det universum som vi ser? Hur håller allting ihop? Fysiker, historiens stora tänkare
och hobbyfilosofen i pubben har alla funderat över de här frågorna (vissa mer än andra).
Partikelfysiker försöker hitta svaret från perspektivet av universums minsta beståndsdelar,
partiklar. Under de senaste hundra åren ha vi förstått mer och mer av de små partiklarna som bygger upp allt vi ser från igelkottar till planeter, hur de interegarar med varandra
och vilka krafter som håller... (More) - Popular Abstract in Swedish
Frågorna som partikelfysiker ställer är samma frågorna som folk har ställt under hela
mänsklighetens tid på jorden, nämligen: Var kommer vi från? Vad är det som bygger
upp det universum som vi ser? Hur håller allting ihop? Fysiker, historiens stora tänkare
och hobbyfilosofen i pubben har alla funderat över de här frågorna (vissa mer än andra).
Partikelfysiker försöker hitta svaret från perspektivet av universums minsta beståndsdelar,
partiklar. Under de senaste hundra åren ha vi förstått mer och mer av de små partiklarna som bygger upp allt vi ser från igelkottar till planeter, hur de interegarar med varandra
och vilka krafter som håller universum samman. Denna skattkista av kunskap, experiment
och teori heter Standardmodellen.
Standardmodellen (SM) har varit grymt bra på att förutsäga och förklara i princip
allting som vi ser från experiment. Upptäckten av Higgsbosonen var den sista delen av
pusslet. SM är inte det sista kapitlet i vår historia. Det vet vi fysiker väl, oavsett hur
vacker och kraftfull den är, så vet vi att den inte är komplett. Det finns vissa frågor som
skrika efter att bli besvarade:
• Hur ska vi förena gravitationskraften med de andra krafterna i Standardmodellen?
(Gravitationskraftens styrka är enormt mycket mindre än de andra tre krafterna:
Den svaga, starka och elektromagnetiska. Därför är den försummad i SM.)
• Varför har Higgsbosonen den massa som den har ? (Hierarkiproblemet)
• Varför har vi bara tre generationer av partiklar? Varför har partiklarna den massa
och de kopplingskonstanter som vi observerar?
• Varför finns det mer materia än antimateria i universum?
• Hur passar mörk materia in i SM?
• Finns det någon energiskala där alla krafter förenas?
Det finns oändligt många olika teorier som försöker svara på de här frågorna. Alla de
teorier som försöker utöka och bygga på SM kallas för Beyond Standard Model (BSM) fysik.
Vissa modeller löser mer än en av frågorna men nästan alla leder till flera nya partiklar
eller krafter som borde kunna observeras direkt eller indirekt i experiment. Ett experiment
som försöker besvara vilka BSM-modeller som är rätt (kanske ingen) är ATLAS-detektorn
vid Large Hadron Collider (LHC). I princip är experimentet väldigt enkelt. Kollidera två
protoner vid otroligt hög energi (så att de färdas nära ljusets hastighet) i mitten av ATLAS-
detektorn. Einstein visade under tidigt 1900-tal hur energi och materia är releterade, så
tanken med högenergikollisioner är att ju högre energi desto mer massiva partikler kan
skapas. Förhoppningsvis kan vi observera en ny partikel eller kraft som en eller flera av
BSM-modellerna förutsäger.
LHC är begränsad av sin maxenergi (14 TeV) vilket betyder att den bara är känslig
för de BSM-modeller som förutsäger partikla eller krafter lägre än denna energi. Det finns
många sätt att observera dessa hypotetiska partiklar i vår ATLAS-detektor. De absolut
flesta sönderfaller till lättare partiklar som existerar i SM, till exempel elektroner och my-
oner. Man kan konstruera en specifik analys för att leta efter en bestämd modell eller
designera en analys som letar efter en stor mängd av olika modeller. I den här avhan-
dlingen har den senare metoden använts. Många BSM-modeller förutspår partiklar som
sonderfaller till par av leptoner med samma laddning (e±e± , e± μ± , μ±μ±). Dock finns det
inte så många processer i SM som leder till sådana par. Följaktligen finns det en bra chans
att observera ny fysik om den existerar. Så min förskningsuppgift var att leta igenom mil-
jarder av kollisioner för att hitta de kollisioner där par av leptoner med samma laddning observerades i detektorn. Därefter kan man uppskatta hur många sådana kollisioner man
förväntar sig från processer i SM och jämföra det med hur många kollisioner man faktiskt
observerar. För varje leptonpar kan man rekonstruera massan av moderpartikeln. Nu kan
man undersöka i olika massregimer om man har observerat en statistiskt signifikant skill-
nad mellan Standardmodellens förutsägelse och datan från ATLAS.
Som jag kommer att visa i det här avhandlingen, ingen statistiskt signifikant skilljnad
observerats mellan Standardmodellens förutsägelse och experimentell data. Det betyder
att man, med en viss sannolikhet, kan säga att ingen ny fysik som leder till par av leptoner
med samma laddning existerar under en viss energi. Så även om ingen ny fysik upptäcktes
tack vara min förskningsuppgift så har vi lyckats begränsa eller utsluta vissa teorier och
däremed tagit ett litet steg närmare upptäckten av ny fysik. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/4738896
- author
- Hawkins, Anthony LU
- author collaboration
- supervisor
-
- Else Lytken LU
- opponent
-
- Dr. Blekman, Freya, IIHE, Vrije Universiteit Brussel (Belgium)
- organization
- publishing date
- 2014
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- Doubly Charge Higgs, Beyond Standard Model, LHC, ATLAS, TRT, Same-sign leptons, Fysicumarkivet A:2014:Hawkins
- pages
- 206 pages
- publisher
- Department of Physics, Lund University
- defense location
- Rydbergs Sal
- defense date
- 2014-11-28 10:00:00
- ISBN
- 978-91-7623-090-9
- 978-91-7623-089-3
- project
- ATLAS Experiment
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- d08ebe8b-9bff-460d-8d1e-374a42b41459 (old id 4738896)
- date added to LUP
- 2016-04-04 11:29:06
- date last changed
- 2024-01-26 14:27:16
@phdthesis{d08ebe8b-9bff-460d-8d1e-374a42b41459, abstract = {{An introduction into the theory and experimental background of particle physics and the ATLAS<br/><br> detector is given. The transition radiation tracker (TRT) which is vital to the particle tracking<br/><br> and identification is then described giving particular creedence to the calibration. The automation<br/><br> of this calibration is explained. The second half of this thesis and the central part dwells on the<br/><br> analyses searching for beyond Standard model physics at the ATLAS detector using same-sign<br/><br> dilepton pairs (e±e±, e±μ± , μ±μ± ) during both the 7 TeV and 8 TeV data taking periods at the<br/><br> Large Hadron Collider (LHC). In both searches no significant excess from the standard model<br/><br> (SM) was seen. Limits were set on the fiducial cross-section for new physics as a function of<br/><br> invariant mass. Exclusion limits are also derived for a specific model of doubly charged higgs<br/><br> boson production and are seen to improve from the 7 TeV analysis to the 8 TeV analysis.}}, author = {{Hawkins, Anthony}}, isbn = {{978-91-7623-090-9}}, keywords = {{Doubly Charge Higgs; Beyond Standard Model; LHC; ATLAS; TRT; Same-sign leptons; Fysicumarkivet A:2014:Hawkins}}, language = {{eng}}, publisher = {{Department of Physics, Lund University}}, school = {{Lund University}}, title = {{Search for beyond Standard Model physics with same-sign dileptons}}, url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/5784271/4738903.pdf}}, year = {{2014}}, }