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ATLAS实验Top夸克单轻子道判选条件研究

作　者: 蒋治国
导　师: 冯存峰
学　校: 山东大学
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 横动量条件研究双轻子中微子夸克模型探测器标准模型触发系统带电粒子基本相互作用
分类号: O572.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

二十世纪，粒子物理的标准模型理论获得了巨大成功，除了黑格斯(Higgs)粒子至今还没有在实验中找到，它的许多预言都得到了实验的证实。在更高的能区内，寻找Higgs粒子和精确检验标准模型是当今粒子物理实验的重要内容之一。LHC(Large Hadron Collider)是CERN正在建造的大型强子对撞机，建成后将成为世界上能量最高的粒子对撞机。ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)是将建在LHC其中一个对撞点上的大型多用途粒子探测器。寻找黑格斯粒子是ATLAS最主要的目的，同时它也将用来寻找较重的类W、Z玻色子、超对称粒子，研究基本费米子的结构以及研究B衰变中的CP破坏。ATLAS探测器主要由内部径迹探测器、电磁量能器、强子量能器、μ子谱仪、数据获取和触发系统几部分组成。因为Top夸克的质量很大，接近电弱对称破坏尺度，从top夸克的各种性质可能发现新的物理。LHC试验如同一个top工厂，按照计划它每年将产生8兆的top对事例，top对主要由胶子融和过程(90％)和夸克对湮灭过程产生(10％)，它们将衰变成对应的W玻色子和b夸克，根据W的两种衰变方式，整个反应可以分为三个方式：单轻子道，最终生成一个轻子和对应的中微子加上两个轻jet和bjet；双轻子道，最终生成两个轻子和对应的中微子加上两个bjet；全强子化道，生成四个轻jet和两个bjet。本工作利用ATLAS实验模拟数据对Top事例单轻子道衰变的事例判选和重建工作进行研究。单轻子衰变判选的主要特点就是要求末态产物有且只有一个孤立轻子，至少4个jet而且其中必须至少有2个bjet，丢失的横动量必须大于20GeV。孤立轻子的离线能量判选选择横动量大于20GeV，四个jet的横动量大于30GeV，丢失的横动量表示有一个中微子产生。这个能量判选的最终效率是9.1％。能量判选后用两个轻jet组合一个W，将丢失的横动量作为中微子的横动量算出中微子的四动量，然后用孤立轻子和中微子组合一个W，最后选择两个bjet和W组合得到top和反top的相关量。根据单轻子道Top事例判选条件，得到相应的选择效率如下：要求一个孤立轻子的效率59.470016％要求一个孤立电子的效率50.936070％要求一个孤立μ：子的效率67.615798％要求四个jet的效率41.929659％要求两个bjet的效率42.275226％丢失横动量＞20GeV 100％能量判选效率9.165463％(7298 evts)电子重建效率：69.207652％μ：子重建效率94.138335％与各种背景事例比较，表明这种判选条件和方法可以很好的排除背景。在判选过程中得到模拟ATLAS探测器相对轻子和jet的横动量、η和φ的探测效率分布图，将来ATLAS运行后对结果的修正有重要作用。

全文目录

符号说明  8-9
摘要  9-11
Abstract  11-14
1.高能物理和LHC  14-23
  1.1.高能物理的发展  14-15
  1.2.夸克模型  15-17
  1.3.标准模型  17-23
    1.3.1.电弱统一理论和QCD  17-18
    1.3.2.黑格斯机制  18-20
    1.3.3.基本相互作用  20-21
    1.3.4 标准模型面临的问题  21-23
2.LHC和ATLAS  23-35
  2.1.大型强子对撞机—LHC  23-25
  2.2 ATLAS物理研究目标  25-26
  2.3 ATLAS探测器  26-32
    2.3.1 内部探测器  28-29
    2.3.2 量能器  29-31
    2.3.3 μ子谱仪  31-32
  2.4 ATLAS触发系统  32-33
  2.5 ATLAS的粒子探测  33-35
3.Top物理和单轻子道事例判选  35-61
  3.1 Top物理  35-38
  3.2 Top单轻子道模拟和背景  38-39
  3.3 Top单轻子道事例判选和重建方法  39-40
  3.4 轻子判选  40-50
    3.4.1 电子判选  41-46
    3.4.2 μ子判选  46-48
    3.4.3 电子和μ子判选效率  48-50
  3.5 Jet判选  50-54
    3.5.1 所有jet的eta、phi分布  51-52
    3.5.2 轻jet和bjet  52-54
  3.6 中微子重建  54-55
  3.7 重建W和Top  55-57
  3.8 触发信息  57-59
  3.9 效率统计  59-61
4 结论  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
学位论文评阅及答辩情况表  67

ATLAS实验Top夸克单轻子道判选条件研究

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