UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam (https://dare.uva.nl)
UvA-DARE (Digital Academic Repository)
Radiating top quarks
Gosselink, M.
Publication date 2010
Link to publication
Citation for published version (APA):
Gosselink, M. (2010). Radiating top quarks.
http://www.nikhef.nl/pub/services/biblio/theses_pdf/thesis_M_Gosselink.pdf
General rights
It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Disclaimer/Complaints regulations
If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: https://uba.uva.nl/en/contact, or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible.
Samenvatting
In maart 2010 werden in de LHC1, de deeltjesversneller met een omtrek van 27 km bij het
CERN in Gen`eve (Zwitserland), de eerste protonen op elkaar gebotst met een hogere energie dan ooit te voren. Deze botsingen zullen het vakgebied van de hoge-energie fysica een enorme hoeveelheid nieuwe gegevens opleveren over de elementaire deeltjes. De elementaire deeltjes, waaruit alle materie bestaat, en hun onderlinge wisselwerkingen worden beschreven door het Standaard Model. Dit model is echter nog niet voltooid. Het feit dat een van de elementaire deeltjes, het top-quark, een significant grotere massa heeft dan de andere deeltjes, is bijvoorbeeld opmerkelijk. Maar ook het Higgs-boson, het deeltje dat het sleutelfiguur lijkt te zijn in de verklaring voor de massa’s van de elementaire deeltjes, is nog niet waargenomen.
Een van de mogelijkheden om het Higgs-boson te ontdekken, en meer van zijn eigen-schappen te leren, is het waarnemen van t¯tH productie: een top-quarkpaar in com-binatie met een Higgs-boson. Er wordt namelijk verondersteld dat de grootte van de top-quarkmassa gerelateerd is aan de bindingssterkte met het Higgs-boson. Dit is een grote uitdaging en vereist dat er gedurende een aatal jaren proton-proton botsingen wor-den verzameld, om onderscheid te kunnen maken tussen het signaal en top-quarks die andere deeltjes dan Higgs-bosonen afstralen. Het ATLAS experiment is ontworpen om naar het Higgs-boson te zoeken en om top-quarkproductie nauwkeurig te bestuderen.
Dit proefschrift begint met een overzicht van top-quarkfysica, Monte Carlo gener-atoren (simulatieprogramma’s) en het ATLAS experiment. Daarna worden de studies beschreven die zijn uitgevoerd ter voorbereiding van een top-quarkmeting met het AT-LAS experiment. Het analysewerk is gebaseerd op Monte Carlo simulatie van proton-proton botsingen.
Eerst is er een vergelijking gemaakt van de productie-eigenschappen tussen het t¯tH signaal en botsingen die een vergelijkbaar signaal in de detector veroorzaken. Hierbij is gekeken naar de fracties van de protonenergie die de subatomaire deeltjes hebben tijdens de interacties. Het is gebleken dat hoewel deze energiefracties gebruikt kunnen
1Large Hadron Collider
Samenvatting
worden om processes van elkaar te onderscheiden, dit geen significante verbetering geeft ten opzichte van bestaande selectiemethoden.
Vervolgens wordt een meting van de kans dat een top-quarkpaar wordt gevormd bij een proton-proton botsing gepresenteerd. Deze meting kan al in een vroeg stadium met relatief weinig botsingsgegevens worden uitgevoerd. De precisie waarmee de kans kan worden gemeten is geschat op ±17.5%. Specifiek voor deze meting is dat er geen ge-bruik wordt gemaakt van zogenaamde ‘b-tagging’ algoritmes. Zulke algoritmes proberen het verval van relatief langlevende deeltjes, zoals in top-quarkverval, te traceren. Het b-taggen kan dus helpen bij het selecteren van botsingen met top-quarks. Deze gea-vanceerde technieken zijn pas na uitgebreide kalibratie met botsingsgegevens beschik-baar.
Een grote bijdrage aan de totale meetfout, die ook van belang is voor de observatie van t¯tH productie, is de interpretatie van de hoeveelheid straling van de top-quarks. Verschillende moderne simulatietechnieken zijn daarom vergeleken om deze onzekerheid te bepalen. De technieken zijn allen gebaseerd op storingsrekening, maar hebben uiteen-lopende manieren om met hogere orde correcties om te gaan. De voorspellingen voor de hoeveelheid straling blijken significant van elkaar af te wijken. Het gevolg hiervan is een bijdrage van 5 `a 10% aan de onzekerheid in de productiemeting van top-quarkparen.
Botsingen met W± en Z bosonen kunnen veel lijken op die met t¯t(H) en moeten
daarom als achtergrond worden beschouwd. Aan de hand van een alternatieve beschrijv-ing voor stralbeschrijv-ing zijn er voorspellbeschrijv-ingen gedaan voor de productie van W±and Z bosonen.
Deze alternatieve methode veronderstelt dat straling voortkomt uit twee deeltjes met tegenovergestelde (kleur)ladingen in plaats van ´e´en deeltje dat zich opsplitst. Dit is vergelijkbaar met straling van een dipoolantenne. Hoewel de methode significant meer straling in de voorwaartse richting van de detector voorspelt, is de totale achtergrond voor de top-quarkmeting de helft tot drie kwart kleiner dan andere voorspellingen. Ook is het opmerkelijk dat deze aanpak voorspelt dat de verhouding van stralende W±
boso-nen ten opzichte van Z bosoboso-nen 10% groter is dan de methode die meestal door het ATLAS experiment wordt gehanteerd.
