Search for resonnances in diJet and multijet events from proton-proton collisions at a center of mass energy of 13 TeV collected with the CMS detector at the CERN LHC

Στην διατριβή αυτή μελετάμε την αναζήτηση φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, σε γεγονότα με αδρονικούς πίδακες στη τελική κατάσταση, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του πειράματος CMS από συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου με ενέργεια κέντρου μάζας στα 13 TeV. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε την ερευνα για αναζήτηση συντονισμών χρησιμοποιώντας γεγονότα με δύο αδρονικούς πίδακες στη τελική κατάσταση, μελετώντας το φάσμα της αναλλοίωτης μάζας τους χρησιμοποιώντας παραμετρικές μεθόδους για την περιγραφή της. Εν συνεχεία παρουσιάζουμε την τρέχουσα ανάλυση που αφορά στην αναζήτηση νέας φυσικής σε γεγονότα με τέσσερις αδρονικούς πίδακες στην τελική κατάσταση, ανά δύο προερχόμενοι από πιθανό νέο συντονισμό, που πραγματοποιείται για πρώτη φορά στον LHC. Αφορμή για την αναζήτηση αυτή έχει σταθεί το γεγονός με την υψηλότερη αναλλοίωτη μάζα στην πρώτη ανάλυση, που έχει χαμηλή πιθανότητα να προέρχεται από το κύριο υπόβαθρο της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής. Και για τις δύο αναλύσεις, παρουσιάζουμε λεπτομερείς μελέτες της ποιότητας των συλλεγόμενων δεδομένων και της σταθερότητάς τους σαν συνάρτηση του χρόνου, καθώς και μελέτες για τον προσδιορισμό της απόδοσης του σκανδαλισμού. Μετά παρουσιάζουμε την βελτιστοποίηση των κριτηρίων επιλογής σήματος. Στην συνέχεια παρουσιάζουμε την εκτίμηση του κύριου υποβάθρου και των συστηματικών του αβεβαιοτήτων από τα πραγματικά δεδομένα μέσω προσαρμογών με χρήση εμπειρικών συναρτήσεων. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στις υψηλές μάζες (> 8 ΤeV) συντονισμών, που παρατηρείται και περίσσεια δεδομένων σε σχέση με την πρόβλεψη από το καθιερωμένο πρότυπο. Τα τελικά αποτελέσματα περιλαμβάνουν την εξαγωγή ανώτερων ορίων στην διαφορική ενεργό διατομή παραγωγής νέων σωματιδίων, αλλά και στην μάζα και την σταθερά σύζευξής τους χρησιμοποιώντας πλειάδα μοντέλων νέας φυσικής. Επιπρόσθετα, προσδιορίζονται και οι σημαντικότητες (τοπική και ολική) όπου παρατηρείται περίσσεια δεδομένων σε σχέση με την πρόβλεψη από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Παράλληλα με την ανάλυση φυσικής, παρουσιάζουμε αποτελέσματα σχετικά με τη διόρθωση της ενέργειας των αδρονικών καταιγισμών όλων των διαφορετικών τύπων, οι οποίες χρησιμοποιούνται από όλες τις αναλύσεις του πειράματος. Τέλος, δίνουμε την σύνοψη αλλά και τις δυνατότητες αυτών των αναζητήσεων με τα δεδομένα που αναμένονται για στην Run III (2022-2025) και τo High Luminosity LHC (2025-onwards).

Study of the Higgs boson production in association with two top quarks and its subsequent decay to a bbar pair with the CMS detector at the CERN LHC

Η τρέχουσα διατριβή, αφορά την μελέτη της διεργασίας ttH, H → bb με μια νέα μέθοδο η οποία ανακατασκευάσει τη μάζα του μποζόνιου Higgs με σάρωση του δισδιάστατου επίπεδου των μαζών των top και W και τον υπολογισμό του πιο πιθανού σημείου αναφορικά με τις συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας για τις αλληλεπιδράσεις πρωτονίου-πρωτονίου. Η τελική κατάσταση του συστήματος όταν τα t κουάρκς διασπώνται λεπτονικά, αποτελείται από δύο λεπτόνια, τέσσερις αδρονικούς πίδακες, και ελλείπουσα εγκάρσια ενέργεια. Το κύριο υπόβαθρο το οποίο προέρχεται από γεγονότα ζεύγους t και t̄ σωματιδίων προσδιορίζεται με μια νέα μέθοδο από τα δεδομένα. Προκειμένου να ενισχυθεί ο διαχωρισμός σήματος και υποβάθρου εφαρμόζεται ένα σύνολο βελτιστοποιημένων κριτηρίων προεπιλογής, που αποτελούνται από διάφορα κινηματικά και τοπολογικά κριτήρια. Εκτός από αυτό, χωρίζουμε τα γεγονότα μας σε δύο περιοχές, μια ελέγχου και μια σήματος με βάση την πολλαπλότητα τωναδρονικών πιδάκων που έχουν χαρακτηριστεί ως b−tagged. Η περιοχή ελέγχου αποτελείται από γεγονότα με ακριβώς 2 b − tagged αδρονικούς πίδακες ενώ στην περιοχή σήματος απαιτούνται γεγονότα με τουλάχιστον 4 b − tagged αδρονικούς πίδακες. Και στις δύο περιοχές το κύριο υπόβαθρο προέρχεται από τη διαδικασία tt̄ + jets. Ελέγχεται εκτενώς η ορθότητα και η απόδοση τόσο της μεθόδου ανακατασκευής της αναλλοίωτης μάζας του Higgs όσο και της μεθόδου πρόβλεψης του υποβάθρου από τα δεδομένα πραγματοποιώντας διάφορες μελέτες τόσο σε επίπεδο γεννήτορα καθώς και με γεγονότα τα οποία χαρακτηρίζονται από πλήρη προσομοίωση του ανιχνευτή έτσι ώστε να επαληθεύσουμε τις νέες μεθόδους που εισάγαμε. Σύγκριση των αποτελεσμάτων της εφαρμογής της μεθόδου έγινε μεταξύ δεδομένων και προσομοίωσης όπου και παρατηρήθηκε και επιβεβαιώθηκε ότι δεν υπήρξε ένδειξη συστηματικής διαφοράς μεταξύ των δεδομένων και προσομοίωσης. Η μέτρηση της σημαντικότητας του σήματος πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας δεδομένα σύγκρουσης pp από τον LHC, τα οποία συλλέγονται με την βοήθεια του πειράματος CM S, συνολικής φωτεινότητας L = 137.2 fb −1 καταγεγραμμένα σε ενέργεια κέντρου μάζας sqrt(s) = 13 TeV. Η προκύπτουσα παρατηρούμενη (αναμενόμενη) σημαντικότητα αντιστοιχεί σε 0.34(1.35) τυπικές αποκλίσεις.

Design and Description of the CMS Magnetic System Model

This review describes the composition of the Compact Muon Solenoid (CMS) detector and the methodology for modelling the heterogeneous CMS magnetic system, starting with the formulation of the magnetostatics problem for modelling the magnetic flux of the CMS superconducting solenoid enclosed in a steel flux-return yoke. The review includes a section on the magnetization curves of various types of steel used in the CMS magnet yoke. The evolution of the magnetic system model over 20 years is presented in the discussion section and is well illustrated by the CMS model layouts and the magnetic flux distribution.