Отчет Проведен экспериментальный поиск нейтральных токов меняющих аромат кварков в данных набранных детектором D0 коллайдера Теватрон

Процессы с рождением частиц на современных ускорителях.

Проверка теоретических моделей и измерение параметров моделей. Изучение механизмов рождения частиц и фундаментальных взаимодействий.

Анализ экспериментальных данных коллабораций D0, СВД, ZEUS, CMS. Теоретические расчеты и моделирование. Сравнение предсказаний различных теорий с данными экспериментов.

Одной из форм аномальных параметров, отличных от параметров взаимодействия топ-кварка с другими частицами в Стандартной модели (СМ) являются нейтральные токи, меняющие аромат кварков (Flavor-Changing Neutral Currents, далее — FCNC). Есть целый класс моделей, в которых FCNC между топ-кварками и u(c)-кварками, проходящие посредством глюонов, могут быть значительной величины - например, модели с несколькими Хиггсовскими дублетами, такими, как в суперсимметричных теориях, теориях с новыми динамическими взаимодействиями топ-кварка, теориях, в которых топ-кварк является составной частицей или имеет структуру солитона. FCNC-константы могут быть параметризованы в модельно-независимой форме с помощью эффективного лагранжиана:

где Λ-масштаб новой физики (порядка 1 ТэВ) f = u (c) кварк, k_f определяет величину tgu или tgc констант и G^a_μν калибровочное тензорное поле глюона. Группой НИИЯФ МГУ был создан Монте-Карло генератор моделирующий эффекты FCNC модельно независимым образом. Проведено моделирование проявления возможных эффектов FCNC в детекторе D0 коллайдера Теватрон и предложена стратегия экспериментального поиска. Далее проводился анализ данных набранных детектором D0 с общей интегральной светимостью 2.3 фб-1. Оптимизация анализа проведена методом байесовских нейронных сетей. Статистический анализ полученного дискриминанта байесовских нейронных сетей (приведенный ниже на левой картинке) позволил установить верхние ограничения на существование FCNC (контур ограничения приведен на правой картинке):

Численные результаты по измеренным верхним ограничениям (95% уровень достоверности) на сечения таких процессов, константы связи и ограничения на вероятности распада приведены в таблице:

В
се результаты опубликованы от имени коллаборации D0 и представлены на международных конференциях.

Проведены исследования поляризации J/psi частиц и выявлены неточности моделирования прохождения низкоэнергичных мюонов через детектор D0. Использование стандартных методов моделирования детектора приводило к нефизическим значениям параметра поляризации альфа. В результате был кардинально изменен отбор событий, чтобы исключить вклад мюонов с низкими энергиями, имеющими значительную вероятность остановиться в веществе детектора. Была исследована поляризация J/psi частиц, рожденных в распадах В-адронов, и их влияние на результаты поляризации быстрых J/psi частиц (рожденых в непосредственной близости от первичной вершины). Показано что в рамках точности исследований (~0.05-0.1 параметра альфа) поляризации быстрых J/psi и  J/psi частиц, рожденных в распадах В-адронов, совпадают. Новые результаты показывают, что существуют два механизма рождения быстрых J/psi частиц, один работает при малых поперечных импульсах, рождая частицы с продольной поляризацией, сечение другого, производящего частицы с поперечной поляризацией, преобладает при больших поперечных импульсах. Результаты готовятся к публикации от имени коллаборации D0.

Изучены особенности поиска на коллайдере Tevatron W'-бозона в рамках теорий с дополнительными измерениями пространства-времени, то есть когда W'-бозон представляет собой калуца-клейновское возбуждение W-бозона Стандартной модели. Показано, что в этом случае в процессах рассеяния частиц Стандартной модели, опосредованных W'-бозоном, имеет место интерференция не только между W-бозоном и W'-бозоном, но также и дополнительная интерференция между W' и бесконечной башней остальных калуца-клейновских возбуждений W-бозона. Именно эта дополнительная интерференция является отличительной чертой W'-бозона, происходящего из дополнительных измерений пространства-времени, которая и позволяет его идентифицировать. С помощью пакета программ CompHEP сделаны расчеты дифференциальных сечений процесса q,q' -> t,b, в которых эта интерференция отчетливо проявляется.

Проведены плановые дежурства сотрудников лаборатории по контролю за состоянием трековой системы детектора D0.

Планы исследований в D0 на 2011 год:

Готовится экспериментальный поиск возможных проявлений отклонений от предсказаний СМ в структуре Wtb вершины. Анализ будет включать аномальные векторные и тензорные операторы левых и правых токов в модельно независимой форме. Отдельно будут рассмотрены операторы наименее подавленные по масштабному энергетическому параметру. Готовится экспериментальный поиск заряженного бозона Хиггса в процессах с рождением одиночного топ-кварка. Будут рассмотрены несколько типов возможных теоретических моделей приводящих к таким процессам. Планируется дальнейшее изучение поляризации J/psi частиц для восстановление полного вектора поляризации путем изучения поведения дополнительных проекций вектора поляризации и изучение азимутальной составляющей вектора поляризации в различных системах отсчета. Изучение поляризации при больших поперечных импульсах J/psi на базе большей статистики, собранной экспериментом D0. Планируется продолжить изучение как возможных экспериментальных проявлений моделей с дополнительными измерениями пространства-времени на ускорителе Теватрон, так и теоретических аспектов таких моделей, позволяющих лучше понять общую структуру многомерных теорий и увеличить их предсказательную силу.

1. 
   1) Search for neutral Higgs bosons in the multi-$b$-jet topology in 5.2fb$^{-1}$ of $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s} = 1.96$ TeV.
   By D0 Collaboration
   [arXiv:1011.1931] FERMILAB-PUB-10-446-E (Nov 2010) 10p.
   

3) Search for single vector-like quarks in $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s} = 1.96$ TeV.

4) Precise study of the $Z/\gamma^*$ boson transverse momentum distribution in $p\bar{p}$ collisions using a novel technique.

5) Determination of the width of the top quark.

6) Measurement of $\boldsymbol{\ttb}$ production in the tau + jets channel using $\boldsymbol{p\bar{p}}$ collisions at $\boldsymbol{\sqrt{s} = 1.96}$~TeV.

7) Search for $ZH \rightarrow \ell^+\ell^-b\bar{b}$ production in $4.2$~fb$^{-1}$ of $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s}=1.96~\TeV$.

8) Search for quirks at the Fermilab Tevatron Collider.

9) Search for events with leptonic jets and missing transverse energy in $\mathbf{p\bar{p}}$ collisions at $\mathbf{\sqrt{s}=1.96}$ TeV.

10) Search for diphoton events with large missing transverse energy in 6.3 fb$^{-1}$ of $\mathbf{p\bar{p}}$ collisions at $\mathbf{\sqrt{s}=1.96}$~TeV.

11) Search for a heavy neutral gauge boson in the dielectron channel with 5.4~fb$^{-1}$ of $\mathbf{p\bar{p}}$ collisions at $\mathbf{\sqrt{s} = 1.96}$~TeV.

12) Search for sneutrino production in $e\mu$ final states in 5.3 fb$^{-1}$ of $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt(s) =1.96$ TeV.

13) Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry.

14) Search for flavor changing neutral currents via quark-gluon couplings in single top quark production using 2.3 fb^-1 of ppbar collisions.

15) Search for the rare decay B_s^0 \to mu^+mu^-.

16) Measurement of the $WZ\rightarrow \ell\nu\ell\ell$ cross section and limits on anomalous triple gauge couplings in $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s}$ = 1.96 TeV.

17) Measurement of the normalized $Z/\gamma^* -> \mu^+\mu^-$ transverse momentum distribution in $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s}=1.96$ TeV.

18) Combined Tevatron upper limit on gg -> H -> W^+W^- and constraints on the Higgs boson mass in fourth-generation fermion models.

19) Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry.

20) Search for scalar bottom quarks and third-generation leptoquarks in p p-bar collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV.

21) Search for Randall-Sundrum gravitons in the dielectron and diphoton final states with 5.4 fb-1 of data from ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV.

22) Measurement of direct photon pair production cross sections in $p\bar{p}$ collisions at $\sqrt{s}=1.96$ TeV.

23) Measurement of the dijet invariant mass cross section in proton anti-proton collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV.

24) b-Jet Identification in the D0 Experiment.

25) Search for Higgs boson production in dilepton and missing energy final states with 5.4 fb-1 of p-pbar collisions at sqrt(s) =1.96 TeV.

26) Combination of Tevatron searches for the standard model Higgs boson in the W+W- decay mode.

27) Dependence of the $t\bar{t}$ production cross section on the transverse momentum of the top quark.

2. 
   28) «Prompt J/psi Polarization» V. Kuzmin D0-Note-5782
   

16-й международный семинар по физике высоких энергий "Кварки-2010", г. Коломна, Россия, 6-12 июня 2010 года, E.E. Boos, M.A. Perfilov, M.N. Smolyakov, I.P. Volobuev, “Searches for W' and Z' in models with large extra dimensions”.

XIX-е Международное рабочее совещание «Физика высоких энергий и квантовая теория поля», г. Голицино, Россия, 8-15 сентября 2010, E. Boos, V. Bunichev, M. Perfilov, M. Smolyakov, I.P. Volobuev, “Models with large extra dimensions”.

XIX-е Международное рабочее совещание «Физика высоких энергий и квантовая теория поля», г. Голицино, Россия, 8-15 сентября 2010, E.E. Boos, M.A. Perfilov, M.N. Smolyakov, I.P. Volobuev, “Some features of processes with gauge bosons in models with large extra dimensions”.

XIX-е Международное рабочее совещание «Физика высоких энергий и квантовая теория поля», г. Голицино, Россия, 8-15 сентября 2010, M.A. Perfilov for the D0 collaboration «Search for FCNC couplings in D0»

XIX-е Международное рабочее совещание «Физика высоких энергий и квантовая теория поля», г. Голицино, Россия, 8-15 сентября 2010, L. Dudko for the D0 and CDF collaborations «Top Quark Physics at the Tevatron»

( 10 ²<160 ГэВ²) на базе статистики HERA I и для больших Q² (160²<40 960 ГэВ²) на базе статистики HERA II. Анализ проводился на основе сравнения экспериментальных данных с NLO и MLLA расчётами КХД, с предсказаниями моделей Монте-Карло, а также с экспериментальными данными по е+е- аннигиляции. Результирующие выводы были сделаны на основе последних версий программ CYCLOPS (расчёты КХД) и ARIADNE, LEPTO ( Монте-Карло ). Полученные результаты указывают на значительное нарушение скейлинга в поведении фрагментационных функций с возрастанием Q. Совпадение данных е+е- с данными проведённого в данной работе анализа глубоконеупругого ер-рассеяния, свидетельствует об универсальности процесса фрагментации кварка в этих взаивмодействиях в области больших Q². В работе были также получены, впервые в эксперименте ZEUS, данные по исследованию плотности заряженных частиц в зависимости от псевдобыстроты, подтверждающие гипотезу предельной фрагментации. Как видно из рисунка 1, наклоны в области линейного роста не зависят ни от Q², ни от полной энергии γp -системы, W, свидетельствуя о том, что данная гипотеза справедлива для еp-взаимодействий.

Работа выполнена на современном компьютерном кластере ZARAH, представляющим собой ферму на базе персональных компьютеров с 73 дуальными процессорными нодами Intel Xeon 3.06 GHz и являющимся центральным кластером для анализа данных в эксперименте ZEUS в DESY.

Начат анализ по исследованию фрагментационных функций в области мишени в Брейт системе совместно с коллегами из Бристольского (проф. Николас Брук) и Варшавского(проф. Тереза Тименецка) университетов. Создано необходимое программное обеспечение, получены экспериментальные наборы данных с испо
льзованием всей набранной статистики ZEUS ((HERA I + HERA II).

II. Выполнен методический анализ влияния объемного заряда сталкивающихся пучков коллайдера HERA на импульсы медленных (120-150 МэВ/с) электронов, пионов и каонов. Эффект обусловлен ускорением или торможением заряженных частиц сразу после их рождения электрическим полем пучков . Это должно приводить к систематическому сдвигу масс реконструируемых резонансов. Измерена зарядовая асимметрия A как функция импульсов частиц. Эффект четко наблюдается при р<300 МэВ. Учитывая более высокую светимость протонных пучков, данный эффект на LHC будет ярче выражен.




III. Продолжен анализ данных эксперимента ZEUS по рождению резонансов (φ- и D-мезоны) в ep-взаимодействиях.

IV. Поддержка и развитие проекта «AMADEUS» в эксперименте ZEUS

-Пакет генераторов событий, используемых в эксперименте ZEUS (проект «AMADEUS») включает около15 генераторов событий и примерно столько же сопутствующих библиотек.

- В 2010 году все пакеты были адаптированы под ОС Scientific Linux 5. Была выполнена необходимая работа по информационному обеспечению пакетов в связи с их изменениями и модификацией.

- Дополнительно была включена в библиотеку FORMOZA поддержка для обработки файлов с событиями, имеющими формат стандарта «Les Houches Accord». Проведено детальное тестирование модифицированного пакета библиотек.

- В связи с переходом к ОС Scientific Linux 5 была проведена также реорганизация и обновление всей системы моделирования физических процессов, исследуемых в эксперименте ZEUS. В настоящее время работа пакета генераторов событий поддерживается на трех платформах: SL 3, SL4 и SL5.

- Oсуществлялась поддержка участников ZEUS по теоретическим и математическим вопросам моделирования физических процессов в эксперименте ZEUS и, в частности, по использованию пакета программ проекта AMADEUS/FORMOZA.

Публикации по результатам исследований в коллаборации ZEUS за 2010г.

1. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al.
   Measurement of the Energy Dependence of the Total Photon-Proton Cross Section at HERA
   DESY-10-178 (October 2010)
   to be published in Physics Letters B,
   
2. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al. “Inclusive dijet Cross Sections in Neutral Current Deep Inelastic Scattering at HERA” DESY-10-170 (October 2010)
   to be published in EPJ,
   
3. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al. “Measurement of high-Q2 charged current deep inelastic scattering cross sections with a longitudinally polarised positron beam at HERA” DESY-10-129 (August 2010) to be published in EPJ C,
   
4. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al. “Measurement of D^+ and \Lambda^+_c production in deep inelastic scattering at HERA” DESY-10-064 (May 2010) to be published in JHEP,
   
5. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al. “Measurement of beauty production in DIS and F_2^bb extraction at ZEUS” DESY-10-047 (March 2010), accepted by EPJ ,
   
6. 
   ZEUS Collaboration; H. Abramowicz et al. “Inclusive-jet cross sections in NC DIS at HERA and a comparison of the k_T, anti-k_T and SIScone jet algrithms”, DESY-10-034 (March 2010), Phys. Lett. B 691 (2010) 127-137,
   
7. 
   ZEUS Collaboration, H.Abramowicz et al., “Scaled momentun spectra in deep inelastic scattering at HERA” DESY-09-229 (December 2009), JHEP , vol. 2010, No.6, 1-42.
   
8. 
   ZEUS Collaboration (S. Chekanov et al.). “A QCD analysis of ZEUS diffractive data.” Published in Nucl.Phys.B831:1-25,2010.
   
9. 
   By H1 and ZEUS Collaboration (F.D. Aaron et al.). “Combined Measurement and QCD Analysis of the Inclusive e+- p Scattering Cross Sections at HERA.” Published in JHEP 1001:109,2010.
   
10. 
    By H1 and ZEUS Collaboration (F.D. Aaron et al.). “Events with an Isolated Lepton and Missing Transverse Momentum and Measurement of W Production at HERA.” Published in JHEP 1003:035,2010.
    
11. 
    By ZEUS Collaboration (S. Chekanov et al.). “Measurement of J/psi photoproduction at large momentum transfer at HERA.” Published in JHEP 1005:085,2010.
    
12. 
    By ZEUS Collaboration (S. Chekanov et al.). “Measurement of isolated photon production in deep inelastic ep scattering.” Published in Phys.Lett.B687:16-25,2010.
    
13. 
    By ZEUS Collaboration (S. Chekanov et al.). “Measurement of dijet photoproduction for events with a leading neutron at HERA.” Published in Nucl.Phys.B827:1-33,2010.
    
14. 
    By ZEUS Collaboration (S. Chekanov et al.). “Measurement of charm and beauty production in deep inelastic ep scattering from decays into muons at HERA.” Published in Eur.Phys.J.C65:65-79,2010.
    

Доклады на конференциях:

• 
  XIX-е Международное рабочее совещание «Физика высоких энергий и
  квантовая теория поля», QFTHEP'10, г. Голицино, Россия, 8-15 сентября
  2010, B.B. Levchenko, "Particle pair production in strong EM field,
  imaginary temperature and field emission"
  
• 
  WE-Heraeus-Seminar on “Particle Accelerators and High Intensity
  Lasers”, 13 – 17 December 2010, Bad Honnef, Germany
  B.B. Levchenko, "Particle Pair Production in Strong EM Fields: Coulomb
  Interaction, Imaginary Temperature and Field Emission",
  B.B. Levchenko, "Real and Image Fields of a Relativistic Bunch"
  

План исследований в коллаборации ZEUS на 2011 год

В рамках проекта «Измерение дифракционного рождения резонансов в ep столкновениях на коллайдере HERA» совместно с украинской группой:

- Написание программ отбора событий с дифракционным образованием векторных мезонов в упругом фоторождении и глубоко-неупругом рассеянии, реконструкции нейтральных ρ-мезонов в канале π+π-, φ-мезонов в канале K+K-, J/ψ в каналах e+e- и μ+μ-, ψ(2s) в каналах e+e-, μ+μ-;

• 
  Введение поправок на различные эффекты (ограниченные геометрический аксептанс и разрешение трековой системы, ограниченную эффективность поиска треков, искажения вносимые треками от распадающихся частиц и взаимодействиями с веществом детектора, влияние излучения фотонов из начального состояния и т.п.);
  
• 
  Изучение различных источников возможных систематических неопределенностей;
  

Создание отдельных (внутренних) веб-страниц для каждого анализа для размещения полученных результатов: рисунков, таблиц, докладов выступлений и пр.

Конструирование в среде LanHEP и CompHEP модели рождения барионных резонансов в ep-взаимодействиях при энергиях ускорителя Jlab.

Планируется выполнение ряда расчетов по тематике XFEL.

Подана заявка на грант РФФИ по международному российско-украинскому проекту «Измерение дифракционного рождения резонансов в ep столкновениях на коллайдере HERA». Запланировано выполнить цикл исследований, направленных на анализ полных данных коллаборации ZEUS с целью изучения эксклюзивного и инклюзивного дифракционного рождения векторных резонансов Rho(770), Phi(1020), D*(2010), J/Psi, Psi(2s), измерения парциальных вкладов от векторных мезонов в сечение рождения дифракционной системы массы Мх, сравнение полученных экспериментальных данных с предсказаниями моделей основанных на реджевской феноменологии и КХД.

В рамках анализа фрагментационных функций в области мишени, проводимого совместно с коллегами из Бристольского и Варшавского Университетов, провести исследование по определению областей наибольшего аксептанса для импульсных скейлинговых распределений x_p = 2P_Breit/Q в широком диапазоне переданных импульсов Q² и полной энергии γp -системы, W. Провести исследование функций фрагментации в полученных областях.

Подана заявка на грант РФФИ-ГФФИ (Государственным фондом фундаментальных исследований Украины) с группой  из Киевского национального университета им. Т. Шевченко по теме «Измерение дифракционного рождения резонансов в ep столкновениях на коллайдере HERA», руководитель заявки Б.Б. Левченко.

Исследования в эксперименте СВД

В 2010 году на установке «Спектрометр с вершинным детектором СВД-2» продолжалась обработка ранее накопленной статистики (52 млн. рА-взаимодействий при энергии пучка протонов 70 ГэВ). Были получены и опубликованы полное сечение рождения чарма и спектры нейтральных D-мезонов. (В.Н. Рядовиков и др. ЯФ, 2010, т.73, №9, с. 1585-1596; Е.Н. Ардашев и др. Препринт ИФВЭ 2010-2). Впервые при энергиях Серпуховского ускорителя получены предварительные результаты по выделению распадов очарованного бариона Λ⁺_с → К^-рπ⁺. Малая статистика не позволяет проанализировать спектры Λ⁺_с, но сравнение выхода Λ⁺_с с оценкой сечения, полученной в модели FRITIOF показывает, что выход очарованных барионов в модели оказывается заниженным, особенно для тяжелых ядер, по крайней мере в области околопороговой энергии.

Набор новой статистики при энергии пучка протонов 50 ГэВ был осуществлен в ноябре 2010 года, зарегистрировано ~ 60 млн. рА-взаимодействий. При подготовке ноябрьского сеанса была проделана большая работа по модернизации установки СВД-2 для увеличения ее быстродействия: а). была подготовлена новая модификация усилителей-формирователей для пропорциональных камер магнитного спектрометра; б). была произведена замена компьютеров в подсистеме магнитного спектрометра и изготовлена первая партия интерфейсных плат для подключения персональных компьютеров с шиной PCI к электронной аппаратуре подсистем СВД-2; в). в вершинном детекторе проведена большая работа по снижению внешних наводок и повышению стабильности характеристик каналов; г). был разработан метод быстрого автоматического отбора пучковых событий без восстановления треков на основе данных порогового черенковского детектора.

Результаты опубликованы в работах:

1). В.Н. Рядовиков, А.Н. Алеев,…, А.В. Кубаровский, С.И. Лютов, В.В. Попов, Л.А. Тихонова и др. (сотрудничество СВД-2)

«Регистрация рождения и распадов нейтральных очарованных мезонов в рА-взаимодействиях при 70 ГэВ на установке СВД-2»

Ядерная Физика, 2010, т.73, №9, стр.1585-1596 (Phys. of Atomic Nuclei, 2010, v.73, №9, pp.1539-1550)

2). Е.Н. Ардашев, А.Г. Афонин,…, А.В. Кубаровский, С.И. Лютов, В.В. Попов, Л.А. Тихонова и др. (сотрудничество СВД-2)

«Свойства нейтральных очарованных мезонов в рА-взаимодействиях при 70 ГэВ»

Препринт, ИФВЭ (Протвино), 2010-2, 11 стр.

Исследования в эксперименте CMS

жүктеу/скачать 1.35 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: