Μέτρηση της διαφορικής ενεργού διατομής του ζεύγους Top Anti-Top quark με τον ανιχνευτή CMS στο LHC

Abstract

This thesis presents the work done for the measurement of the differential cross section of a pair of high transverse momentum (boosted) top/anti-top quarks that decay hadronically. To conduct the measurement the data collected by CMS experiment during the "Run-II" data taking period of the LHC are used. They correspond to an integrated luminosity of 137.1f b−1. The data correspond to collision at a center of mass energy of 13 TeV. This analysis is a precision measurement. The deliverable has already been measured before both by CMS and ATLAS. In this thesis by modifying parts of the measurement strategy and the tools used we aim to achieve better precision. This is also enhanced by the use of almost 4 times more data than the previous measurement performed by the CMS collaboration. Another nice addition to the study is in the section of the comparison with the theory. Previous measurements saw a difference between the measured values and the theoretical predictions. In this analysis we aim to better quantify this difference by including systematic uncertainties for the various theoretical models to better estimate the level of disagreement. In addition chi square values and p-values are calculated to better estimate it. During this thesis there was also extensive work done in the detector control system of the CMS detector as a service work to the collaboration. The work focused around the maintenance and the improvement of the system in order to ensure a better operation in the "Run-II" data taking period but also in the next ones to come. This work affected not only this particular analysis but the collaboration in general as it enabled a smooth operation and optimal performance of the detector enabling the acquisition of good quality of data.

Η παρούσα διατριβή είναι αποτέλεσμα της δουλειάς που έγινε για την μέτρηση της διαφορικής ενεργού διατομή του ζεύγους τοπ/αντί-τοπ κουάρκ μεγάλης εγκάρσιας ορμής τα οποία διασπούνται αδρονικά. Για την πραγματοποίηση της χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα τα οποία συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή CMS κατά τη διάρκεια του"Run-II" του LHC. Τα δεδομένα αυτά αντιστοιχόυν σε ϕωτεινότητα 137.1f b−1 και για να παραχθούν έγιναν συγκρούσεις με ενέργεια κέντρου μάζας 13 TeV. Η παρούσα μέτρηση είναι μια μέτρηση ακρίβειας. Στο παρελθόν τα έχει ξαναπραγματοποιησεί τόσο από το πείραμα CMS όσο και απλό το πείραμα ATLAS. Στην παρόυσα εργασία έγινε προσπάθεια μέτρησης με μεγαλύτερη ακρίβεια τροποποπιώντας τη μέθοδο που είχε χρησιμοποιήσει παλαιότερα το πείραμα CMS αλλά και χρησιμοποιώντας κάποια διαφορετικά εργαλέια σε συγκεκριμένα σημεία. ΄Ενα ακόμα στοιχείο το οποίο ϐοηθάει στην επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας είναι οτι χρησιμοποιήθηκαν σχεδόν τετραπλάσια δεδομένα σε σχέση με την προηγούμεη μέτρηση του CMS. Μία ακόμα προσθήκη στη μελέτη αυτή είναι στο κομμάτι της σύγκρισης με τη ϑεωρία. Οι προηγούμενες μετρήσεις και από τα δύο ξεχωριστά πειράματα είχαν παρατηρήσει μια ασυμϕωνία μεταξύ των δεδομένων και των ϑεωρητικών προβλέψεων. Στη παρούσα ανάλυση γίνεται μια προσπάθεια ποσοτικοποίησης αυτής της ασυμφωνίας. Αυτό γίνεται σε πρώτο στάδιο με την χρήση συστηματικών σφαλμάτων στα διάφορα ϑεωρητικά μοντέλα. Στη συνέχεια για τον σκοπό αυτό, υπολογίζονται οι τιμές του χ2 αλλά και ταp-values. Κατα τη διάρκεια της διατριβής αυτής, έγινε και εκτεταμένη δουλειά στο σύστημα αυτομάτου ελέγχου του ανιχνευτή CMS. Η δουλειά αυτή, έγινε σαν service work στο CMS collaboration. Η δουλειά αυτή περιστράφηκε κυρίως γύρω από την συντήρηση και ϐελτίωση του συστήματος αυτού με σκοπό την καλύτερη λειτουργία του ανιχνευτή κατά τη διάρκεια του "Run-II". Η δουλεία αυτή δεν επηρέασε μόνο την παρούσα διατριβή αλλά ολόκληρο το πείραμα καθώς επέτρεψε την ομαλότερη λειτουργία του ανιχνευτή. Σαν αποτέλεσμα ο ανιχνευτής λειτούργησε με τις ϐέλτιστες δυνατές συνθήκες επιτρέποντας έτσι τη συλλογή υψηλής δεδομένων ποιότητας.