Advanced

Study of New Physics Phenomena Decaying in Four-Jet Signatures with the ATLAS Detector

Vergara Urrutia, Lisa LU (2017) FYSK02 20162
Department of Physics
Particle Physics
Abstract
Particle Physics is well described by the Standard Model (SM). However, there are phenomena in the universe that the model does not describe. Supersymmetry, which predicts a partner particle for all fundamental particles, is an extension of the SM that provides solutions to problems the SM cannot solve. Finding the partner particles is crucial in order to confirm the theory about Supersymmetry. When searching for new low-mass partner particles though, the search is limited by large backgrounds producing similar signatures in the detector, since not all events can be recorded. By recording only necessary jet-information, events become much smaller than entire events, leading to the possibility to save more events. This strategy is called... (More)
Particle Physics is well described by the Standard Model (SM). However, there are phenomena in the universe that the model does not describe. Supersymmetry, which predicts a partner particle for all fundamental particles, is an extension of the SM that provides solutions to problems the SM cannot solve. Finding the partner particles is crucial in order to confirm the theory about Supersymmetry. When searching for new low-mass partner particles though, the search is limited by large backgrounds producing similar signatures in the detector, since not all events can be recorded. By recording only necessary jet-information, events become much smaller than entire events, leading to the possibility to save more events. This strategy is called Trigger Level Analysis (TLA).

In this project simulated samples of two top squarks of masses 80 GeV/c^2, decaying into two jets each, were analyzed in order to understand if a Trigger Level Analysis (TLA) could be performed in a four-jet signature. Two different TLA cuts were implemented and compared, where the first one only preserved events with a leading jet with a minimum p_T of 185 GeV/c and three additional jets with a minimum p_T of 85 GeV/c, and the second one preserved events with with a leading jet of a minimum p_T of 185 GeV/c and a subleading jet with a minimum p_T of 85 GeV/c. Analyzing their average mass distributions, a peak at m_Avg=m_t was found for both, however, the number of events conserved for the TLA cut with the requirements on only the two leading jets was much higher, leading to the conclusion that this option is preferable. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Inom partikelfysik studeras de minsta beståndsdelarna i vårt universum – de fundamentala partiklarna – och samspelet mellan de. Idag beskrivs partikelfysiken bäst av Standard Modellen. Enligt Standard Modellen finns det tre olika typer av partiklar: kvarkar, leptoner och bosoner. Kvarkar och leptoner är partiklarna som bygger upp materia, medan bosoner är så kallade ”kraftförmedlare” för de fundamentala krafterna, d.v.s. den starka, svaga och elektromagnetiska krafterna. Egentligen är även gravitationskraften en fundamentalkraft, men den beskrivs inte av Standard Modellen.

Faktumet att gravitationskraften inte ingår i Standard Modellen tyder på att modellen är ofullständig. Det finns även många andra frågor som Standard Modellen inte... (More)
Inom partikelfysik studeras de minsta beståndsdelarna i vårt universum – de fundamentala partiklarna – och samspelet mellan de. Idag beskrivs partikelfysiken bäst av Standard Modellen. Enligt Standard Modellen finns det tre olika typer av partiklar: kvarkar, leptoner och bosoner. Kvarkar och leptoner är partiklarna som bygger upp materia, medan bosoner är så kallade ”kraftförmedlare” för de fundamentala krafterna, d.v.s. den starka, svaga och elektromagnetiska krafterna. Egentligen är även gravitationskraften en fundamentalkraft, men den beskrivs inte av Standard Modellen.

Faktumet att gravitationskraften inte ingår i Standard Modellen tyder på att modellen är ofullständig. Det finns även många andra frågor som Standard Modellen inte har svar på; det är av den anledningen som modellen behöver utvidgas. Ett sätt att utöka Standard Modellen på, är att inkludera Supersymmetri i modellen. Detta får som konsekvens att antalet partiklar som finns fördubblas genom att varje partikel i Standard Modellen får en (supersymmetrisk) partner-partikel. För att kunna bekräfta teorin om Supersymmetri, måste dock de supersymmetriska partiklarna hittas.

I Large Hadron Collider (LHC), som tillhör CERN, pågår sökandet efter nya partiklar. LHC är världens största och kraftigaste partikelaccelerator. Inne i acceleratorn kollideras partiklar vid fyra olika punkter, för att nya ska kunna bildas och detekteras. Vid en av de här punkterna finns ATLAS detektorn. ATLAS detektorn samlar in oerhört mycket information, varav bara en del kan sparas. Vad som sparas och inte sparas bestäms av ett triggersystem, som filtrerar bort "ointressanta" händelser. En händelse i det här fallet är när två partiklar kolliderar och nya partiklar bildas i överflöd. Problemet med det här systemet är att oupptäckta lätta partiklar (med väldigt liten massa) kan ge signaler i detektorn som liknar ointressanta händelser, vilket leder till att de blir kasserade. För att bli av med den här begränsningen, kan man göra en TLA (Trigger Level Analysis) som innebär att man endast sparar den typen av information som man är intresserad av i en händelse och att man på så sätt kan spara fler (mindre) händelser än vanligt. För att ta reda på om TLA kan användas i ATLAS detektorn analyserades simulationer av två lätta supersymmetriska partiklar som bildas efter att två andra partiklar har kolliderat och som vardera sönderfaller till två kvarkar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Vergara Urrutia, Lisa LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20162
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
language
English
id
8916037
date added to LUP
2017-06-19 12:28:25
date last changed
2017-06-19 12:28:25
@misc{8916037,
  abstract     = {Particle Physics is well described by the Standard Model (SM). However, there are phenomena in the universe that the model does not describe. Supersymmetry, which predicts a partner particle for all fundamental particles, is an extension of the SM that provides solutions to problems the SM cannot solve. Finding the partner particles is crucial in order to confirm the theory about Supersymmetry. When searching for new low-mass partner particles though, the search is limited by large backgrounds producing similar signatures in the detector, since not all events can be recorded. By recording only necessary jet-information, events become much smaller than entire events, leading to the possibility to save more events. This strategy is called Trigger Level Analysis (TLA). 

In this project simulated samples of two top squarks of masses 80 GeV/c^2, decaying into two jets each, were analyzed in order to understand if a Trigger Level Analysis (TLA) could be performed in a four-jet signature. Two different TLA cuts were implemented and compared, where the first one only preserved events with a leading jet with a minimum p_T of 185 GeV/c and three additional jets with a minimum p_T of 85 GeV/c, and the second one preserved events with with a leading jet of a minimum p_T of 185 GeV/c and a subleading jet with a minimum p_T of 85 GeV/c. Analyzing their average mass distributions, a peak at m_Avg=m_t was found for both, however, the number of events conserved for the TLA cut with the requirements on only the two leading jets was much higher, leading to the conclusion that this option is preferable.},
  author       = {Vergara Urrutia, Lisa},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Study of New Physics Phenomena Decaying in Four-Jet Signatures with the ATLAS Detector},
  year         = {2017},
}