Μελέτες για την ανακάλυψη νέων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων με γεγονότα πολλαπλών πιδάκων σωματίων στο πείραμα CMS του LHC

Abstract

A study for the search of two hypothetical vector bosons, called Coloron and Axigluon, is presented,and their possible existence is a signature of new fundamental strong interactions beyondthe standard model. According to the theory, their production refers to a resonance andtheir decay leads to the production of two massive intermediate particles (hyper – pion andsigma, accordingly), while the latter are forced to decay further to two gluons, resulting in a finalstate of eight jets. The mass range of the vector bosons is set betweenfor the Coloron and for the Axigluon, in steps of . The mass of theintermediate massive scalar particles, is set to be equal to ¼ and 1/3 of the vector boson’smass. The mass width of the vector boson is set to be equal to 10% and 20% resulting to fourscenarios. This study is based on events from proton – proton collisions, collected by the CMSdetector, at the LHC. The collected data correspond to a total recorded luminosity ofwith energy in the center of the mass. The main background for the above processis QCD events. The estimation of the background is done (a) using simulated Monte Carloevents from MadGraph + Pythia6 generator and (b) using data – driven techniques. Two differentmethods used in this analysis (MultiVariate Analysis method and Cut & Count method),without observing any significant difference between the data and the background. Thus, wecalculated the upper limits for every mass point with the results depending on the method andscenario. For the Coloron, the lowest excluded mass is while the highest is between (Cut & Count method) and (Multi Variate Analysis method), dependingon the scenario. For the Axigluon, the lowest excluded mass is while the highestis between (Cut & Count method) and (Multi Variate Analysismethod), depending on the scenario. All the upper limits refer to 95% confidence level andhave been published to the arXiv (1608.01224v1) . In addition to the above, a High Level Triggeris built, dedicated to multijet events, called HLT_PFHT750_4JetPt50. Its special characteristicis the lower threshold of the scalar sum of all the transverse momenta, , but also thehigh acceptance (in comparison to the previous multijet triggers). The new trigger is workingduring the new LHC RUNII at 13 TeV center of the mass energy collecting data for variousanalyses.

Παρουσιάζεται μια μελέτη σχετικά με την αναζήτηση δύο ανυσματικών μποζονίων, τα οποία καλούνται Coloron και Axigluon και η ύπαρξη των οποίων αποτελεί απόδειξη νέων ισχυρών αλληλεπιδράσεων πέραν του καθιερωμένου προτύπου. Σύμφωνα με την θεωρία, η δημιουργία τους απαντάται σε συντονισμούς και η διάσπασή τους οδηγεί στην εμφάνιση δύο έμμαζων ενδιάμεσων βαθμωτών σωματίων (hyper – pion και σ, αντίστοιχα), με τα τελευταία να διασπώνται σε δύο γκλουόνια, καταλήγοντας σε τελικές καταστάσεις, οκτώ πιδάκων σωματίων. Το εύρος μάζας των ανυσματικών μποζονίων, κυμάνθηκε μεταξύ για το Coloron και για το Axigluon, σε βήματα των. Η μάζα των ενδιάμεσων εμμάζων βαθμωτών σωματίων, τέθηκε ίση με το 1/4 και το1/3 της μάζας του ανυσματικού μποζονίου. Το πλάτος μάζας των ανυσματικών μποζονίων τέθηκε ίσο με 10% και 20%, καταλήγοντας σε τέσσερα σενάρια. Η μελέτη βασίστηκε σε γεγονότα που προήλθαν από συγκρούσεις πρωτονίου – πρωτονίου, που συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή CMS, του LHC. Τα συλλεχθέντα δεδομένα, αντιστοιχούν σε συνολική καταγεγραμμένη φωτεινότητα ίση με ενέργειας στο κέντρο μάζας. Το κυρίαρχο υπόβαθρο αφορά γεγονότα της QCD και η εκτίμησή του έγινε με χρήση προσομοιωμένων γεγονότων (MadGraph + Pythia) αλλά και με απευθείας εξαγωγή από τα πειραματικά δεδομένα (data – driven). Έγινε χρήση δύο μεθόδων (Ανάλυσης Πολλαπλών Μεταβλητών και Αποκοπής και Μέτρησης), χωρίς να παρατηρηθεί κάποια ιδιαίτερη διαφοροποίηση μεταξύ των κατανομών υποβάθρου και πειραματικών δεδομένων. Στη συνέχεια, ο υπολογισμός των άνω ορίων πραγματοποιήθηκε για όλα τα σημεία μάζας και τα αποτελέσματα εξαρτώνται από την μέθοδο και το σενάριο. Όσον αφορά το Coloron, η χαμηλότερη αποκλειόμενη μάζα είναι 0.6TeV ενώ η ανώτερη κυμαίνεται, ανάλογα με το σενάριο μεταξύ (μέθοδος Αποκοπής και Μέτρησης) και (μέθοδος Ανάλυσης Πολλαπλών Μεταβλητών). Όσον αφορά το Axigluon, η χαμηλότερη αποκλειόμενη μάζα είναι 0.6TeV ενώ η ανώτερη κυμαίνεται, ανάλογα με το σενάριο μεταξύ(μέθοδος Αποκοπής και Μέτρησης) και (μέθοδος Ανάλυσης Πολλαπλών Μεταβλητών). Τα άνω όρια έχουν υπολογιστεί στο 95% του επιπέδου εμπιστοσύνης και έχουν δημοσιευτεί στο arXiv (1608.01224v1). Σε συνδυασμό με τα παραπάνω, υλοποιήθηκε ένας σκανδαλιστής υψηλού επιπέδου, που καλείται HLT_PFHT750_4JetPt50 με σημαντικό χαρακτηριστικό το χαμηλότερο όριο ως προς το βαθμωτό άθροισμα των εγκάρσιων ορμών ενός γεγονότος, και επιτυγχάνει μεγαλύτερη αποδεκτικότητα (σε σύγκριση με τους προκατόχους του). Λειτουργεί καθ’ όλη τη διάρκεια του Run II ( στο κέντρο μάζας) συλλέγοντας δεδομένα για διάφορες αναλύσεις.