Rejection of the Photon Induced Background in LDMX at 8 GeV
(2022) FYSM60 20221Particle and nuclear physics
Department of Physics
- Abstract
- The Light Dark Matter eXperiment (LDMX) is a proposed fixed target experiment at SLAC's LCLS-II electron beamline that will attempt direct production of sub-GeV dark matter, measurable through a missing momentum and missing energy signature.
An initial run of LDMX is planned at 4 GeV beam energy, for which a study on LDMX's capabilities to separate dark matter production events from the standard model background was previously performed. Later phases of data taking at LDMX will after an upgrade of the beamline be performed at 8 GeV beam energy, which is expected to improve both the dark matter production rate and background rejection capabilities. Using a dark photon mediator between standard model and dark matter as a benchmark model... (More) - The Light Dark Matter eXperiment (LDMX) is a proposed fixed target experiment at SLAC's LCLS-II electron beamline that will attempt direct production of sub-GeV dark matter, measurable through a missing momentum and missing energy signature.
An initial run of LDMX is planned at 4 GeV beam energy, for which a study on LDMX's capabilities to separate dark matter production events from the standard model background was previously performed. Later phases of data taking at LDMX will after an upgrade of the beamline be performed at 8 GeV beam energy, which is expected to improve both the dark matter production rate and background rejection capabilities. Using a dark photon mediator between standard model and dark matter as a benchmark model with a missing momentum and missing energy signature, a comparative study on the performance of LDMX at 8 GeV is done with the same methodology as in the 4 GeV study.
A variant of the complete background rejection sequence is presented, optimized for 8 GeV beam energy. The sequence is shown to reject each of ~2e14 simulated standard model backgrounds events, focusing on photo-nuclear and muon conversion in the target or forward electromagnetic calorimeter. Improvement in signal to background discrimination is seen in parts of the dark photon mass range, compared to 4 GeV beam energy. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Astronomiska tecken tyder på att det mesta av materian i universum inte är av den vardagliga typ vi möter på jorden, som noggrant beskrivs av standardmodellen för fysik. Att introducera denna nya substans är användbart för att lösa astrofysiska problem genom den stora gravitationella dragningskraft som denna materia har. Namnet mörk materia får den genom att det inte verkar påverkas av ljus och andra elektromagnetiska fenomen, utan kan mest påvisas indirekt genom den gravitationella effekt den har på sin omgivning.
Partikelfysikens uppgift blir att lyckas beskriva den mörka materians natur och vilka egenskaper den har, som bland annat dess massa. Ett starkt bevis för mörk materia hade varit att i ett experiment på jorden, direkt... (More) - Astronomiska tecken tyder på att det mesta av materian i universum inte är av den vardagliga typ vi möter på jorden, som noggrant beskrivs av standardmodellen för fysik. Att introducera denna nya substans är användbart för att lösa astrofysiska problem genom den stora gravitationella dragningskraft som denna materia har. Namnet mörk materia får den genom att det inte verkar påverkas av ljus och andra elektromagnetiska fenomen, utan kan mest påvisas indirekt genom den gravitationella effekt den har på sin omgivning.
Partikelfysikens uppgift blir att lyckas beskriva den mörka materians natur och vilka egenskaper den har, som bland annat dess massa. Ett starkt bevis för mörk materia hade varit att i ett experiment på jorden, direkt producera mörk materia. The Light Dark Matter eXperiment (LDMX) är ett planerat experiment för direktproduktion av mörk materia, fokuserat på att utforska modeller för mörk materiapartiklar som har en liten massa. Energirika elektroner från en partikelaccelerator ska träffa en måltavla av volfram, där vissa modeller postulerar att mörk materia kan skapas i ovanliga fall.
Restprodukterna (strålningen) från denna kollision uppmäts av en detektor som ska kunna urskilja om mörk materia skapades, eller om det var en process som redan är känd från standardmodellen.
Produktionen av mörk materia vid LDMX är, om möjlig, en mycket ovanlig reaktion. Det är därför viktigt att kunna separera mätningar där vanliga processer händer, från de få där mörk materia har skapats. Denna uppsats analyserar möjligheterna LDMX har för att separera ut enskilda mätningar där mörk materia skapats, i en planerad andra datatagninsperiod med högre energi i partikelacceleratorn. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9091407
- author
- Wallin, Erik LU
- supervisor
-
- Ruth Pöttgen LU
- Torsten Åkesson LU
- organization
- course
- FYSM60 20221
- year
- 2022
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9091407
- date added to LUP
- 2022-06-22 12:16:10
- date last changed
- 2022-06-22 12:16:10
@misc{9091407,
abstract = {{The Light Dark Matter eXperiment (LDMX) is a proposed fixed target experiment at SLAC's LCLS-II electron beamline that will attempt direct production of sub-GeV dark matter, measurable through a missing momentum and missing energy signature.
An initial run of LDMX is planned at 4 GeV beam energy, for which a study on LDMX's capabilities to separate dark matter production events from the standard model background was previously performed. Later phases of data taking at LDMX will after an upgrade of the beamline be performed at 8 GeV beam energy, which is expected to improve both the dark matter production rate and background rejection capabilities. Using a dark photon mediator between standard model and dark matter as a benchmark model with a missing momentum and missing energy signature, a comparative study on the performance of LDMX at 8 GeV is done with the same methodology as in the 4 GeV study.
A variant of the complete background rejection sequence is presented, optimized for 8 GeV beam energy. The sequence is shown to reject each of ~2e14 simulated standard model backgrounds events, focusing on photo-nuclear and muon conversion in the target or forward electromagnetic calorimeter. Improvement in signal to background discrimination is seen in parts of the dark photon mass range, compared to 4 GeV beam energy.}},
author = {{Wallin, Erik}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Rejection of the Photon Induced Background in LDMX at 8 GeV}},
year = {{2022}},
}