Validation of simulation with enhanced kaon production to investigate kaon background for LDMX
(2023) FYSM60 20222Particle and nuclear physics
Department of Physics
- Abstract
- Dark matter is one of our universe’s largest mysteries and very little is known about what it is. One of the dominating theories, that it originates from an early universe thermal relic, indicates that it has interaction with the Standard Model. If this is the case, dark matter can be produced at accelerators and detected indirectly by searching for missing momentum signals. LDMX will join this search for dark matter with a fixed target experiment at the LCLS-II electron beam line at SLAC starting in 2025. It will initially run with a beam energy of 4 GeV, to then increase the beam energy to 8 GeV in the following upgrades to improve the signal-to-background ratio.
While searching for dark matter signals, rejecting background that might... (More) - Dark matter is one of our universe’s largest mysteries and very little is known about what it is. One of the dominating theories, that it originates from an early universe thermal relic, indicates that it has interaction with the Standard Model. If this is the case, dark matter can be produced at accelerators and detected indirectly by searching for missing momentum signals. LDMX will join this search for dark matter with a fixed target experiment at the LCLS-II electron beam line at SLAC starting in 2025. It will initially run with a beam energy of 4 GeV, to then increase the beam energy to 8 GeV in the following upgrades to improve the signal-to-background ratio.
While searching for dark matter signals, rejecting background that might disturb the detection is crucial. In previous studies, it has been found that kaons, especially charged ones are the most difficult to filter out. The interactions that produce kaons are rare, so to investigate their behavior the production of kaons has been artificially boosted in a Geant4 simulation.
This thesis will look closer into the kaons produced in simulations where the kaon production is boosted and the beam energy is increased to 8 GeV, to make sure that adding an enhancement factor will not introduce any unphysical or uncharacteristic behavior. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- För att kunna förstå och beskriva universum behövs det mer materia än den vi ser och kan förklara med standardmodellen för partikelfysik. Den materia som vi ser och kan ta på utgör bara en bråkdel av den materian som finns i vårt universum. Det som fattas, det som vi inte kan se men enligt observationer och beräkningar finns där, kallas mörk materia. Den kallas mörk materia då den inte reflekterar något ljus eller påverkas av andra elektromagnetiska fenomen.
Det finns teoretiska modeller som föreslår att det finns en koppling mellan mörk materia och den materian vi kan se och förklara med hjälp av standardmodellen. Om så är fallet så finns det en möjlighet att mörk materia kan skapas här på jorden vid partikelacceleratorer. The Light... (More) - För att kunna förstå och beskriva universum behövs det mer materia än den vi ser och kan förklara med standardmodellen för partikelfysik. Den materia som vi ser och kan ta på utgör bara en bråkdel av den materian som finns i vårt universum. Det som fattas, det som vi inte kan se men enligt observationer och beräkningar finns där, kallas mörk materia. Den kallas mörk materia då den inte reflekterar något ljus eller påverkas av andra elektromagnetiska fenomen.
Det finns teoretiska modeller som föreslår att det finns en koppling mellan mörk materia och den materian vi kan se och förklara med hjälp av standardmodellen. Om så är fallet så finns det en möjlighet att mörk materia kan skapas här på jorden vid partikelacceleratorer. The Light Dark Matter eXperiment (LDMX) planerar att vid partikelacceleratorlaboratoriet SLAC vid Stanford universitetet, krocka elektroner med hög energi mot ett fixerat mål av volfram i syfte att skapa mörk materia och indirekt mäta massan av mörk-materiapartiklar.
Om det visar sig att mörk materia kan skapas på detta sätt kommer processerna ändå vara mycket ovanliga och de kommer inte att kunna ses direkt i detektorerna. Men med en detektor mäts massan och energin av resterna efter elektronernas krock med målet och jämförs med massan och energin innan kollisionen. På detta sätt kan man sedan beräkna om det i kollisionen skapades mörk materia eller om det som hände bara var reaktioner som kan förklaras med standardmodellen.
Alla de händelser och reaktioner som kan förklaras med standardmodellen räknas som bakgrund till den mörka materia-signal som man letar efter. Det är därför viktigt att kartlägga och avfärda precis alla bakgrundsprocesser, speciellt de som lätt kan misstas för en mörk materia signal, så att all bakgrund kan avfärdas. Den svåraste typen av bakgrund att avfärda har i tidigare studier visat sig vara en typ av partiklar som heter kaoner, det är därför av intresse att studera simuleringar med ett fokus på spåren som kaoner lämnar efter sig i detektorn. Processen som skapar kaoner är däremot ovanlig så för att kunna studera dessa partiklar närmre behövs mer statistik.
I den här uppsatsen har datasimuleringar med artificiellt ökad kaonproduktion genomförts och studerats. Syftet är att säkra att metoden med den artificiellt ökade kaonproduktionen fungerar och inte introducerar reaktioner som går emot fysikens lagar och att kaonerna beter sig som de väntas göra när experimentet väl är igång. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9113652
- author
- Andersson Loman, Lisa LU
- supervisor
-
- Ruth Pöttgen LU
- organization
- course
- FYSM60 20222
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Dark matter, experimental physics, simulations, kaons, particle physics, LDMX, background studies, mörk materia, partikelfysik, kaoner
- language
- English
- id
- 9113652
- date added to LUP
- 2023-04-20 16:17:23
- date last changed
- 2023-04-20 16:17:23
@misc{9113652,
abstract = {{Dark matter is one of our universe’s largest mysteries and very little is known about what it is. One of the dominating theories, that it originates from an early universe thermal relic, indicates that it has interaction with the Standard Model. If this is the case, dark matter can be produced at accelerators and detected indirectly by searching for missing momentum signals. LDMX will join this search for dark matter with a fixed target experiment at the LCLS-II electron beam line at SLAC starting in 2025. It will initially run with a beam energy of 4 GeV, to then increase the beam energy to 8 GeV in the following upgrades to improve the signal-to-background ratio.
While searching for dark matter signals, rejecting background that might disturb the detection is crucial. In previous studies, it has been found that kaons, especially charged ones are the most difficult to filter out. The interactions that produce kaons are rare, so to investigate their behavior the production of kaons has been artificially boosted in a Geant4 simulation.
This thesis will look closer into the kaons produced in simulations where the kaon production is boosted and the beam energy is increased to 8 GeV, to make sure that adding an enhancement factor will not introduce any unphysical or uncharacteristic behavior.}},
author = {{Andersson Loman, Lisa}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Validation of simulation with enhanced kaon production to investigate kaon background for LDMX}},
year = {{2023}},
}