Zkoumání produkce a vlastností těžkých částic v experimentu ATLAS

Mgr. Petr BAROŇ

Doctoral thesis

Study of Heavy Particles Production and Properties with the ATLAS Experiment

Abstract:

The ATLAS experiment at CERN is a multi-purpose detector in high-energy physics and offers the opportunity to study the production and properties of exotic particles whose properties determine the breaking of symmetries in the microworld and answer the questions of the evolution of the Universe. By measuring the spectra of these particles, the validity of existing theories can be checked or find traces of physics beyond the standard model. A particularly promising particle is the heaviest known quark, the top quark, whose large mass may indicate its special role in breaking the electroweak interaction and in interacting with the recently discovered Higgs boson. By analyzing objects and states, when we observe a consistent event in the detector with the production of pairs of top quarks, and the measurement of their spectra fully corrected by the detector level, the scientific community is provided with unique information on physics at the edge of currently available energies and are an important input for building new theories and accelerators. The work aims to actively participate in the research group studying heavy particles in proton-proton or heavy-ion collisions, master and extend methods of signal and background separation, signal, and background modeling techniques, analyze signal spectra using statistical methods for spectrum correction, after evaluation of systematic errors and comparison with theoretical models. The student will master the work in modern software environments used in high-energy physics (C ++, ROOT, Python), and work with tools for large data transfer and analysis (GRID). The task will be to obtain an overview and own results in the physical analysis of data enriched with the production of heavy particles at large transverse momentums in the ATLAS experiment.

Abstract:

Experiment ATLAS v laboratoři CERN je víceúčelovým detektorem ve fyzice vysokých energií a nabízí možnost zkoumat produkci a vlastnosti exotických částic, jejichž vlastnosti určují narušení symetrií v mikrosvětě a dávají odpověď na otázky vývoje Vesmíru. Měřením spekter těchto částic lze omezit platnost stávajících teorií či nalézt stopy fyziky za standardním modelem. Zvláště nadějnou částicí je nejtěžší známý kvark, top kvark, jehož velká hmota může značit jeho speciální úlohu v narušení elektroslabé interakce a v interakci s nedávno objeveným Higgsovým bosonem. Analýzou objektů a stavů, kdy v detektoru pozorujeme událostí konzistentní s produkcí párů top kvarků, a měřením jejich spekter plně opravených o detektorovou úroveň, jsou vědecké komunitě poskytovány unikátní informace o fyzice na hranici současně dosažitelných energií a jsou důležitým vstupem pro budování nových teorií a urychlovačů. Cílem práce je aktivně se zapojit do skupiny zkoumající těžké částice v proton-protonových či těžkoiontových srážkách, osvojit si a rozšířit metody separace signálu a pozadí, techniky modelování signálu a pozadí, analýza signálu pomocí statistických metod pro opravu spekter, po vyhodnocení systematických chyb a srovnání s teoretickými modely. Student si osvojí práci v moderních programových prostředích využívaných ve fyzice vysokých energiích (C++, ROOT, Python), a práci s nástroji pro přenos a analýzu velkého objemu dat (GRID). Jeho úkolem bude získat přehled a vlastní výsledky ve fyzikální analýze dat obohacených o produkci těžkých částic při velkých příčných hybnostech na experimentu ATLAS.

Keywords

top kvark, srážky proton-olovo, nPDF, ATLAS experiment, velký hadronový urychlovač, měření účinného průřezu, fyzika těžkých iontů

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 9. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D., Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Applied Physics