Τεχνικές ανίχνευσης υπερσυμμετρικών σωματιδίων και ανάλυση δεδομένων από δέσμη ελέγχου στο ηλεκτρομαγνητικό θερμιδόμετρο του CMS

Abstract

In 2009, the Large Hadron Collider will produce its first proton-proton collisions at unprecedented cent re-of-mass energies. This thesis contains two contributions towards the goal of exploring new physics at the TeV scale with the CMS detector. In a first part, detector resolution, linearity and calibration of the CMS electromagnetic calorimeter using testbeam data is presented. The fraction of the detector which was calibrated with per mille testbeam precision will provide a unique reference for the future in situ CMS calibration. In a second part, a data-driven search strategy for new physics containing a Z°-boson, multi-jets and ET in the final state is described. Such final states can be produced in supersymmetric extensions of the Standard Model. The search strategy is not relying on Monte Carlo simulation of the backgrounds and is therefore suitable for the analysis of the early LHC data. Using this fully data-driven search strategy, it is shown that a 5cr excess of Z° + nJets + ET events could be in principle observed with as little as O(400pb⁻¹) of integrated luminosity.

To 2009, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων LHC θα ξεκινήσει την λειτουργία του παρέχοντας πειραματικά δεδομένα από συγκρούσεις πρωτονίων. Η παρούσα διατριβή εμπεριέχει δυο συνεισφορές προσανατολισμένες με την προσπάθεια εξερεύνησης της κλίμακας του TeV με τον ανιχνευτή CMS. Η πρώτη αναφέρεται στη μελέτη διακριτική ικανότητας, γραμμικότητας και στην βαθμονόμηση του ηλεκτρομαγνητικού καλορίμετρου του ανιχνευτή CMS με την χρήση δεσμών ελέγχου (testbeams). Το τμήμα του ανιχνευτή που βαθμονομήθηκε με ακρίβεια της τάξεως ένα τοις χιλίοις, αποτελεί μοναδικό σημείο αναφοράς για την επί τόπου βαθμονόμηση. Η δεύτερη αναφέρεται στον σχεδιασμό μιας ανάλυσης για την ανίχνευση καινούριας φυσικής υποθέτοντας σενάριο Ο(1fb⁻¹ ) ολοκληρωμένης φωτεινότητας. Η τελική κατάσταση που μελετήθηκε είναι η Ζ + jets + ΕΤ , η οποία αποτελεί πιθανή ένδειξη καινούριας φυσικής, προβλεπόμενης από υπερσυμμετρικές επεκτάσεις του Καθιερωμένου Προτύπου. Η ανάλυση αυτή είναι ανεξάρτητη από την εξομοίωση (data-driven) και θα είναι εφαρμόσιμη στα πρώτα πειραματικά δεδομένα που θα συλλεχθούν από τον ανιχνευτή CMS.Η ανακάλυψη νέας φυσικής με 5σ σημαντικότητα είναι εφικτή ακόμα και με ένα μικρό στατιστικό δείγμα της τάξεως των O(400pb⁻¹), χωρίς την ανάγκη εξομοίωσης θεωρητικών μοντέλων για την εκτίμηση του υποβάθρου.