Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение
1 Эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере . . .
1.1 Большойадронныйколлайдер
1.2 СпектрометрLHCb
1.3 Трековаясистема
1.3.1 Вершинныйдетектор
1.3.2 Дипольныймагнит
1.3.3 Трековыестанции
1.4 Детекторыколецчеренковскогоизлучения . . . . . . . . . . . .
1.5 Калориметрическаясистема
1.5.1 Сцинтилляционно-падовый и предливневый детекторы .
1.5.2 Электромагнитныйкалориметр
1.5.3 Адронныйкалориметр
1.6 Мюоннаясистема
1.7 Триггернаясистема
1.8 Условияобработкиихраненияданных
1.9 Математическоемоделированиеданных. . . . . . . . . . . . . .
1.10 Физическая программа эксперимента LHCb. . . . . . . . . . . .
2 Изучениераспада 0 → (2 ) −
2.1 Отборсигнальныхсобытий
2.2 Модельаппроксимации
2.3 Определениечисласигнальныхсобытий . . . . . . . . . .
2.4 Изучение резонансной структуры в распаде 0 → (2 ) −
2.5 Оценка эффективностей восстановления распадов . . . . .
2.5.1 Коррекция математического моделирования . . . .
2.5.2 Эффективность геометрического аксептанса детектора .
2.5.3 Эффективность детектирования, реконструкции и
отборасобытий
2.5.4 Эффективность триггерной системы . . . . . . . . . . .
2.5.5 Эффективность идентификации адронов . . . . . . . . .
. .

. .
3
2.5.6 Поправки к эффективности восстановления треков . . .
2.5.7 Отношениеэффективностей
2.6 Систематическиепогрешности
2.7 Измерениеотношенияпарциальныхширин . . . . . . . . . . . .
3 Изучениераспада 0 → 1 −
3.1 Отборсигнальныхсобытий
3.2 Модельаппроксимации
3.3 Определениечисласигнальныхсобытий . . . . . . . .
3.4 Изучение резонансной структуры в распаде 0 → 1 −
3.5 Оценка эффективностей восстановления распадов . . .
3.5.1 Коррекция математического моделирования . .
3.5.2 Эффективность геометрического аксептанса детектора .
3.5.3 Эффективность детектирования, реконструкции и
отборасобытий
3.5.4 Эффективность триггерной системы . . . . . . . . . . .
3.5.5 Поправки к эффективности восстановления треков . . .
3.5.6 Отношениеэффективностей
3.6 Систематическиепогрешности
3.7 Измерениеотношенияпарциальныхширин . . . . . . . . . . . .
Заключение
Благодарности
Списокрисунков
Списоктаблиц
Списоклитературы

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, сфор­
мулированы цели и задачи исследований, показаны новизна и практическая
значимость работы, приведено краткое описание содержания диссертации.
В первой Главе представлено краткое описание Большого адронного
коллайдера и детекторного комплекса LHCb, перечислены ключевые системы
детектора, описано их устройство и характеристики, перечислено программное
обеспечение, использованное для математического моделирования эксперимен­
тальных данных, а также представлены условия обработки и хранения данных.
Спектрометр LHCb предназначен для поиска проявлений физики за
рамками СМ, косвенные свидетельства которой могут быть получены при
изучении нарушения CP-симметрии в распадах частиц, содержащих – и
-кварки. Также ведутся исследования по таким направлениям как измерение
углов треугольника унитарности, поиск редких распадов прелестных адронов,
изучение свойств тяжелых адронов и поиск новых частиц. Детектор LHCb
сконструирован для работы в передней области от точки столкновения прото­
нов на Большом адронном коллайдере, угловой аксептанс детектора составляет
от 10 до 300 мрад (250 мрад) в горизонтальной (вертикальной) плоскости.
При такой геометрии в рабочую область детектора попадает около 40 % всех
рожденных в протон-протонных столкновениях частиц, содержащих тяжелые
– и -кварки. Для восстановления и идентификации частиц в результате
протон-протонных взаимодействий детектор LHCb включает в себя несколько
специализированных подсистем. Система реконструкции треков включает в
себя вершинный детектор, который расположен вокруг точки столкновения
протонов, и трековые станции, расположенные перед и за дипольным магнитом.
Идентификация заряженных частиц обеспечивается двумя детекторами колец
черенковского излучения RICH, а также информацией от калориметрической
и мюонной систем. Калориметрическая система состоит из сцинтилляционно­
падового и предливневого детекторов, а также электромагнитного и адронного
калориметров. Система калориметров используется для реконструкции и
идентификации фотонов и электронов. Мюонная система состоит из пяти
слоев мюонных камер: одна станция перед калориметрической системой и
четыре станции после нее. В эксперименте LHCb применяется триггерная
система, осуществляющая предварительный отбор событий с целью сниже­
ния потока данных при сохранении наиболее интересных для физического
анализа событий. Триггерная система состоит из одного аппаратного и двух
программируемых уровней. Для отбора событий, представляющих интерес
для дальнейшего физического анализа, в работе каждого уровня триггерной
системы используется информация от нескольких подсистем детектора.
Вершинный детектор обеспечивает точное измерение траектории дви­
жения заряженных частиц в области протон-протонных взаимодействий. С
высокой точностью определяется положение точки взаимодействия протонов
(первичной вершины), положение вершин распадов тяжелых адронов (вто­
ричных вершин), а также прицельные параметры заряженных частиц по
отношению к первичным вершинам. В дополнение к вершинному детектору
информация о траектории частиц до и после магнита собирается от системы
трековых станций, которая состоит из триггерного трекера и трех трековых
станций. При этом в конструкции трековых станций предусмотрена различная
сегментация в зависимости от расстояния до оси пучков протонов.
С использованием комбинированной информации от двух детекто­
ров колец черенковского излучения, калориметрической и мюонной систем
осуществляется идентификация протонов, мюонов, каонов, нейтральных и
заряженных пионов, электронов и фотонов. Для идентификации заряженных
адронов в различных диапазонах импульсов используется два детектора
колец черенковского излучения RICH. Для каонов с импульсами в интервале
2 – 100 ГэВ/ усредненная эффективность идентификации составляет около
95 % при вероятности ложной идентификации пионов как каонов около 10 %.
Для эффективности идентификации протонов такое значение составляет около
90 % при вероятности ложной идентификации пионов как протонов менее 10 %.
Калориметрическая система эксперимента LHCb используется как для
регистрации и определения кинематических параметров электронов и ней­
тральных частиц, так и для разделения фотонов, электронов и адронов. Кроме
того, аппаратный уровень триггера использует информацию от калориметри­
ческой системы для определения наличия фотонов, электронов или адронов с
большим поперечным импульсом. Сцинтилляционно-падовый и предливневый
детекторы представляют собой два сцинтилляционных годоскопа, которые раз­
делены слоем свинцового поглотителя. Электромагнитный калориметр ECAL
собран из независимых модулей, выполненных по технологии «шашлык».
Каждый модуль состоит из чередующихся слоев сцинтиллятора и свинцового
поглотителя. Адронный калориметр HCAL расположен сразу после электро­
магнитного калориметра и изготовлен из чередующихся слоев сцинтиллятора
и железного поглотителя. В каждом устройстве калориметрической систе­
мы сцинтилляционный свет собирается спектросмещающими оптическими
волокнами и считывается фотоэлектронными умножителями. Различие в
количестве выделяемой энергии в разных устройствах калориметрической
системы обеспечивает разделение между фотонами, электронами и адронами.
Энергетическое разрешение калориметров ECAL и HCAL составляет:

⃒⃒(8,5 ÷ 9,5) % ⃒⃒(69 ± 5) %
=√⊕ 0,8 %,=√⊕ (9 ± 2) %,

⃒⃒

где энергия измеряется в ГэВ.
Основными задачами мюонной системы являются идентификация мю­
онов и быстрое измерение поперечного импульса мюонов, информация о
котором используется в аппаратном уровне триггера. Мюонная система вклю­
чает в себя пять мюонных станций, первая из которых расположена между
детектором RICH2 и калориметрической системой, остальные четыре станции
расположены после калориметрической системы и разделены между собой
слоями железного поглотителя. Эффективность идентификации мюонов со­
ставляет более 97 % в широком интервале импульсов, при вероятности ложной
идентификации пионов или каонов как мюонов около 2 %.
В конце первой Главы приводится описание триггерной системы
эксперимента, а также условия обработки и хранения экспериментальных
данных, перечисляются алгоритмы программного обеспечения, используемого
для математического моделирования данных.
Во второй Главе описывается поиск и исследование нового Ка­
биббо-подавленного распада 0 → (2 ) − , а также измерение отношения
парциальных ширин распадов 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − . В экспери­
менте LHCb предыдущие исследования различных распадов 0 барионов,
близких по топологии и кинематике к распаду 0 → (2 ) − , оказались очень
плодотворными. К примеру, при исследовании канала 0 → / − было
получено первое наблюдение резонансных структур в системе / , соответ­
ствующих модели экзотических пентакварковых состояний. В исследованиях
Кабиббо-подавленного распада 0 → / − было получено свидетельство
существования подобных резонансных структур в системе / , а также
свидетельство наличия вклада от тетракваркового резонанса в системе / − .
Несмотря на то, что 0 барион был открыт около тридцати лет назад, большая
часть его распадов остается неизвестной, поэтому поиск новых распадов
остается важной задачей экспериментальной физики высоких энергий. Эти
факторы в совокупности с выдающимися техническими характеристика­
ми экспериментальной установки подчеркивают, что поиск новых распадов
0 барионов в эксперименте LHCb является не только интересной, но и
многообещающей задачей.
Поиск нового распада 0 бариона был выполнен с использованием дан­
ных, набранных экспериментом LHCb в протон-протонных столкновениях при
энергиях в системе центра масс 7, 8 и 13 ТэВ и соответствующих интеграль­
ным светимостям 1, 2 и 1,9 фб−1 . Распады 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) −
реконструировались с использованием моды (2 ) → + − . Отбор событий
производился при помощи наложения ограничений на переменные идентифи­
кации частиц в конечном состоянии, а также на различные геометрические
и кинематические параметры элементов реконструированного дерева рас­
пада 0 кандидата. В анализе использовались только события, прошедшие
отбор на уровне триггерной системы, благодаря наличию в них сигнального
(2 ) кандидата. В целях уменьшения систематической погрешности при
измерении отношения парциальных ширин критерии отбора были выбраны
максимально близкими для двух распадов.
В разделах 2-4 второй Главы описаны методы обнаружения исследу­
емых распадов, показаны наблюдаемые сигналы и их основные характеристики.
Также проверялось наличие вклада от промежуточных резонансных состояний
в канале 0 → (2 ) − .
На рис. 1 представлены распределения инвариантной массы отобранных
0 кандидатов в каналах 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − . Число событий
определялось в результате аппроксимации распределений массы 0 кандида­
тов небинированным методом максимального правдоподобия. Сигнальные
Кандидаты/5 МэВ/ 2

Кандидаты/2 МэВ/ 2

60200
0 → (2 ) −180 0 → (2 ) −
50комб. фон(а)160комб. фон(б)
подгонкаподгонка
40LHCb140LHCb
4,9 фб−11204,9 фб−1
30100
40
00
5.65.655.65.65
(2 ) − , ГэВ/ 2 (2 ) − , ГэВ/ 2
Рис. 1 — Распределение инвариантной массы отобранных 0 кандидатов в
каналах 0 → (2 ) − (а) и 0 → (2 ) − (б)
компоненты описывались модифицированной функцией Гаусса, фоновые ком­
поненты — полиномиальными функциями. Количество сигнальных событий
составило 121 ± 13 и 806 ± 29 в каналах 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − ,
соответственно [1, 2]. Статистическая значимость наблюдаемого сигнала в
канале 0 → (2 ) − составила более 14 стандартных отклонений.
На рис. 2 представлены распределения инвариантной массы комбина­
ций (2 ) , (2 ) − и − в канале 0 → (2 ) − . При получении данных
математического моделирования не были учтены возможные промежуточные
резонансы в указанных двухчастичных системах. Распределения эксперимен­
тальных данных и данных математического моделирования согласовались
в рамках статистических неопределенностей, таким образом, при данном
количестве событий не было обнаружено вклада от резонансных состояний.
В пятом и шестом разделах второй Главы описывается вы­
числение эффективностей восстановления исследуемых распадов, а также
исследование систематических неопределенностей измерения отношения пар­
циальных ширин. Полная эффективность восстановления распада включает в
себя геометрическую эффективность детектора, эффективность реконструк­
ции и отбора событий, эффективность триггера, а также эффективность
идентификации заряженных адронов и поправку к эффективности рекон­
струкции треков. Эффективность идентификации заряженных адронов и
0 /50 МэВ/ 2

0 /50 МэВ/ 2

0 /50 МэВ/ 2

404040
353535
LHCb(а)30
LHCb(б)30
LHCb(в)
254,9 фб−1254,9 фб−1254,9 фб−1
202020
151515
101010
000
4.855.25.444.24.44.61.21.41.61.8
(2 ) , ГэВ/ (2 ) − , ГэВ/ − , ГэВ/ 2
Рис. 2 — Распределения инвариантной массы комбинаций (2 ) (а),
(2 ) − (б) и − (в) в распаде 0 → (2 ) − . Точками с погрешностя­
ми представлены распределения экспериментальных данных, полученные
с помощью техники вычитания контрольных интервалов, синей линией —
распределения данных математического моделирования
поправки к эффективности реконструкции треков вычислялись с использо­
ванием калибровочных данных. Остальные эффективности определялись с
помощью данных математического моделирования. Расчеты эффективностей
выполнялись по отдельности для каждого периода набора данных, после
чего эффективности усреднялись с учетом статистики, набранной за каждый
период. Отношение полных эффективностей составило:
0 → (2 ) −
= 0,761 ± 0,004 ,
0 → (2 ) −

где 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − — полные эффективности восстановления рас­
падов 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − , соответственно. Для отношения
полных эффективностей указана только статистическая погрешность.
Большинство систематических погрешностей сократились при вы­
числении отношений парциальных ширин, а именно, неопределенности,
обусловленные идентификацией мюонов и реконструкцией (2 ) мезонов.
Исследованы несокращающиеся вклады в систематическую неопределенность,
связанные с выбором модели аппроксимации распределений массы отобранных
кандидатов, коррекцией образцов математического моделирования, эффектив­
ностью триггерной системы, остаточным согласием данных математического
моделирования и экспериментальных данных, а также ограниченностью объ­
ема калибровочных данных и данных математического моделирования [3].
Итоговая относительная систематическая погрешность измерения отношения
парциальных ширин распадов 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − состави­
ла 1,7 %. Наибольший вклад в систематическую неопределенность обусловлен
погрешностью значения эффективности триггерной системы.
В последнем разделе второй Главы представлены результаты
физического анализа [2]. Был обнаружен новый Кабиббо-подавленный рас­
пад 0 → (2 ) − . Измерено отношение парциальных ширин распадов
0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − :

ℬ( 0 → (2 ) − )
0−
= (11,4 ± 1,3 ± 0,2) × 10−2 ,
ℬ( → (2 ) )
где первая погрешность — статистическая, вторая — систематическая. Получен­
ный результат оказался в согласии с предыдущими измерениями аналогичных
отношений парциальных ширин распадов прелестных адронов. Абсолютное
значение парциальной ширины распада 0 → (2 ) − было вычислено с
использованием парциальной ширины распада 0 → (2 ) − , взятой из
справочника свойств элементарных частиц, и составило:
(︁)︁
−+1,30
ℬ( 0 → (2 ) ) = 7,17 ± 0,82 ±0,33−1,03× 10−6 ,
(︀
где первая погрешность — статистическая, вторая — систематическая включая
статистическую и систематическую неопределенности табличного значения
ℬ( 0 → (2 ) − ) , а третья погрешность связана с погрешностями таблич­
)︀

ных значений парциальных ширин распадов 0 → / − , (2 ) → / + − ,
(2 ) → + − и / → + − . Кроме того, были исследованы спектры
масс (2 ) , (2 ) − и − комбинаций в распаде 0 → (2 ) − . На данной
статистике не было обнаружено значительных вкладов от промежуточных
резонансных состояний.
В третьей Главе описывается поиск и исследование новых Ка­
биббо-подавленных распадов 0 → 1 − и 0 → 2 − , а также измерение
отношения парциальных ширин распадов 0 → 1 − и 0 → 1 − . Кро­
ме того, описываются вычисления двух отношений парциальных ширин:
между распадами 0 → 2 − и 0 → 1 − , а также между распадами
0 → 2 − и 0 → 1 − . Высокая энергия протон-протонных столкнове­
ний на Большом адронном коллайдере позволяет изучать широкий спектр
адронов, содержащих -кварки, включая тяжелые 0 барионы. За последние
несколько лет экспериментом LHCb были обнаружены как новые состояния
тяжелых -барионов, так и новые распады известных прелестных барио­
нов, а также измерены их парциальные ширины. В частности, в распадах
0 → / − были обнаружены структуры в системе / , соответствующие
модели пентакварковых состояний. После этого открытия были предложены
различные феноменологические модели для описания наблюдаемых резо­
нансных структур, а поиск аналогичных состояний в системе 1 может
способствовать подтверждению или опровержению резонансной природы
наблюдаемых структур. Первый шаг в исследовании по данному направле­
нию был сделан экспериментом LHCb в работе по обнаружению распадов
0 → 1 − и 0 → 2 − и измерению отношений парциальных ширин
между этими распадами. Исследование распада 0 → 1 − открывает доступ
как к исследованию системы 1 , представляющей интерес с точки зрения
возможного вклада от пентакварковых состояний, так и к исследованию
системы 1 − , в которой предсказывается существование экзотических тет­
ракварковых состояний.
Измерения отношений парциальных ширин распадов → 2 (*)
и → 1 (*) показывают значительное подавление моды распада через 2 ме­
зон по сравнению с аналогичным распадом через 1 мезон. Данные результаты
согласуются с предсказанием теоретических моделей, при этом подавление ста­
новится менее явным в случае, когда увеличивается число частиц в конечном
состоянии. Например, в эксперименте LHCb было измерено отношение пар­
циальных ширин ℬ 0 → 2 *0 /ℬ 0 → 1 *0 = (17,1 ± 5,4) × 10−2 .
(︀)︀ (︀)︀

Измеренное в эксперименте LHCb отношение парциальных ширин между
распадами 0 → 2 − и 0 → 1 − составило 1,02 ± 0,11, что показы­
вает практически полное отсутствие подавления моды через 2 мезон по
сравнению с распадом через 1 мезон. Такой результат является аргументом
в пользу развития теоретических моделей для описания распадов 0 барионов,
содержащих чармоний в конечном состоянии, чему будет способствовать
измерение аналогичных отношений парциальных ширин между распадами
0 → 2 − и 0 → 1 − .
Поиск новых распадов 0 бариона был выполнен с использованием
данных, набранных экспериментом LHCb в протон-протонных столкновениях
при энергии в системе центра масс 13 ТэВ и соответствующих интеграль­
ной светимости 6 фб−1 . Распады 0 → 1 − , 0 → 2 − , 0 → 1 − и
0 → 2 − реконструировались с использованием распадов 1 и 2 ме­
зонов в конечное состояние / , а / мезоны восстанавливались по моде
распада / → + − . Отбор событий производился при помощи наложения
ограничений на переменные идентификации частиц в конечном состоянии, а
также на различные геометрические и кинематические параметры элементов
реконструированного дерева распада 0 кандидата. В анализе использовались
только события, прошедшие отбор на уровне триггерной системы, благодаря
наличию в них сигнального / кандидата. В целях уменьшения систематичес­
ких погрешностей при измерении отношений парциальных ширин критерии
отбора были выбраны максимально близкими для исследуемых распадов.
В разделах 2-4 третьей Главы описаны методы обнаружения
исследуемых распадов, показаны наблюдаемые сигналы и их основные характе­
ристики. Также проверялось наличие вклада от промежуточных резонансных
состояний в канале 0 → 1 − .
На рис. 3 представлены распределения инвариантной массы отобранных
кандидатов в исследуемых каналах. При вычислении значения массы 0 кан­
дидатов применялось условие: масса комбинации / равняется номинальной
массе 1 мезона. Поэтому пик со средним значением вблизи номинальной
массы 0 бариона соответствует распаду через 1 резонанс, в то время как
пик от распада через 2 резонанс сдвинут в область меньшего значения
массы. На рис. 3 (б) также виден широкий пик в левой части спектра, он
соответствует частично реконструированным распадам 0 бариона, таким как
0 → (2 ) − с последующими распадами (2 ) → / , (2 ) → /
или (2 ) → ( 1 → / ) . Число сигнальных событий определялось в ре­
зультате аппроксимации распределений массы 0 кандидатов небинированным
методом максимального правдоподобия. Сигнальные компоненты описывались
Кандидаты/5 МэВ/ 2

Кандидаты/2 МэВ/ 2

601400
0 → 1 − 0 → 1 −
50 0 → 2 −(а)1200 0 → 2 −(б)
комб. фон
подгонка1000 0 → (2 ) −
40LHCbкомб. фонLHCb
6 фб−1800
подгонка6 фб−1
400

10200
5.45.55.65.75.85.35.45.55.65.75.8
/ − , ГэВ/ / − , ГэВ/ 2
Рис. 3 — Распределение инвариантной массы отобранных 0 кандида­
тов в распадах 0 → 1 − и 0 → 2 − (а) и распадах 0 → 1 −
и 0 → 2 − (б)
суммой двух модифицированных функций Гаусса, фоновые компоненты —
полиномиальными функциями. Вклад от частично реконструированных распа­
дов 0 → (2 ) − описывался функцией Гаусса. Количество сигнальных
событий в распадах 0 → 1 − и 0 → 2 − составило 105 ± 16 и 51 ± 16, а
статистическая значимость наблюдаемых сигналов — 9,6 и 3,8 стандартных от­
клонений, соответственно. Число сигнальных событий в распадах 0 → 1 −
и 0 → 2 − составило 3133 ± 75 и 1766 ± 71, соответственно.
На рис. 4 представлены распределения инвариантной массы комби­
наций 1 , 1 − и − в канале 0 → 1 − . При получении данных
математического моделирования не были учтены возможные промежуточные
резонансы в указанных двухчастичных системах. Распределения эксперимен­
тальных данных и данных математического моделирования согласовались
в рамках статистических неопределенностей, таким образом, при данном
количестве событий не было обнаружено вклада от резонансных состояний.
В пятом и шестом разделах третьей Главы описывается вы­
числение эффективностей восстановления исследуемых распадов, а также
исследование систематических неопределенностей измерения отношения пар­
циальных ширин. Полная эффективность восстановления распада включает в
себя геометрическую эффективность детектора, эффективность реконструк­
ции и отбора событий, эффективность триггера, а также эффективность
0 /100 МэВ/ 2

0 /100 МэВ/ 2

0 /100 МэВ/ 2

505050

40LHCb(а)40LHCb(б)40LHCb(в)
6 фб−130
6 фб−130
6 фб−1

202020

101010
4.555.544.51.52
1 , ГэВ/ 2 1 − , ГэВ/ 2 − , ГэВ/ 2
Рис. 4 — Распределения инвариантной массы комбинаций 1 (а), 1 − (б)
и − (в) в распаде 0 → 1 − . Точками с погрешностями представлены
распределения экспериментальных данных, синей линией — распределения
данных математического моделирования
идентификации заряженных адронов и поправку к эффективности рекон­
струкции треков. Эффективность идентификации заряженных адронов и
поправки к эффективности реконструкции треков вычислялись с использо­
ванием калибровочных данных. Остальные эффективности определялись с
помощью данных математического моделирования. Расчеты эффективностей
выполнялись по отдельности для каждого периода набора данных, после
чего эффективности усреднялись с учетом статистики, набранной за каждый
период. Отношение полных эффективностей составило:
0 → 1 −
= 1,969 ± 0,008 ,
0 → 1 −
0 → 2 −
= 1,088 ± 0,007 ,
0 → 1 −
0 → 2 −
= 1,043 ± 0,007 ,
0 → 1 −

где — полная эффективность восстановления соответствующего распада.
Для отношений полных эффективностей указана только статистическая
погрешность.
Большинство систематических погрешностей сократились при вы­
числении отношений парциальных ширин, а именно, неопределенности,
обусловленные идентификацией и восстановлением фотонов, а также
идентификацией мюонов и реконструкцией (2 ) мезонов. Исследованы
несокращающиеся вклады в систематическую неопределенность, связанные с
выбором модели аппроксимации распределений массы 0 кандидатов, коррек­
цией образцов математического моделирования, эффективностью триггерной
системы, остаточным согласием данных математического моделирования и
экспериментальных данных, а также ограниченностью объема калибровочных
данных и данных математического моделирования. Итоговая относительная
систематическая погрешность измерения отношения парциальных ширин распа­
дов 0 → 1 − и 0 → 1 − составила 3,3 %, для отношения парциальных
ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 − погрешность составила 3,8 %, и
для отношения парциальных ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 −
погрешность составила 3,8 %. Наибольший вклад в систематическую по­
грешность обусловлен выбором модели аппроксимации распределений массы
отобранных 0 кандидатов. Значимость наблюдения распада 0 → 2 −
была оценена с учетом систематической неопределенности и составила 3,5 стан­
дартных отклонения.
В последнем разделе третьей Главы представлены результаты
физического анализа [4]. Был обнаружен новый Кабиббо-подавленный распад
0 → 1 − . Также было получено первое свидетельство распада 0 → 2 − ,
сигнал от которого наблюдался со значимостью 3,5 стандартных отклонения.
Были измерены следующие отношения парциальных ширин:

ℬ 0 → 1 −
(︀)︀
0−
= (6,59 ± 1,01 ± 0,22) × 10−2 ,
ℬ ( → 1 )
ℬ 0 → 2 −
(︀)︀
= 0,95 ± 0,30 ± 0,04 ± 0,04,
ℬ ( 0 → 1 − )
ℬ 0 → 2 −
(︀)︀
= 1,06 ± 0,05 ± 0,04 ± 0,04,
ℬ ( 0 → 1 − )
где первая погрешность — статистическая, вторая — систематическая, а третья
погрешность связана с неопределенностью табличных значений парциальных
ширин распадов 1 → / и 2 → / . Полученный результат отноше­
ния парциальных ширин распадов 0 → 1 − и 0 → 1 − оказался в
согласии с предыдущими измерениями аналогичных отношений парциальных
ширин распадов прелестных адронов. Результат отношения парциальных
ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 − оказался в согласии с преды­
дущим измерением в эксперименте LHCb. При этом новый результат имеет
лучшую точность и получен с использованием набора данных, статистичес­
ки независимого по отношению к набору данных, использовавшемуся для
предыдущего измерения. Измеренное отношение парциальных ширин между
распадами 0 → 2 − и 0 → 1 − согласуется с предыдущим аналогич­
ным измерением. Кроме того, это отношение, как и отношение ширин между
распадами 0 → 2 − и 0 → 1 − , показывает отсутствие подавления
моды распада через 2 мезон по сравнению с модой через 1 мезон, что
является дополнительным аргументом в пользу разработки теоретических
моделей для распадов 0 барионов с чармонием в конечном состоянии. Также
были исследованы спектры масс 1 , 1 − и − комбинаций в канале
0 → 1 − . На данной статистике не было обнаружено значительных вкла­
дов от промежуточных резонансных состояний.
В Заключении кратко перечислены основные результаты работы,
которые сводятся к следующему:
– разработан метод восстановления и отбора распадов 0 → (2 ) − и
0 → (2 ) − с использованием распада (2 ) → + − ;
– впервые обнаружен распад 0 → (2 ) − . Измерено отношение пар­
циальной ширины распада 0 → (2 ) − к парциальной ширине
нормировочного канала 0 → (2 ) − . Результат находится в согла­
сии с аналогичными измерениями отношений парциальных ширин в
распадах прелестных адронов;
– разработан метод восстановления и отбора распадов 0 → 1 − ,
0 → 2 − , 0 → 1 − и 0 → 2 − с использованием распадов
1 → / , 2 → / и / → + − ;
– впервые обнаружен распад 0 → 1 − . Измерено отношение пар­
циальной ширины распада 0 → 1 − к парциальной ширине
нормировочного канала 0 → 1 − . Результат находится в согла­
сии с аналогичными измерениями отношений парциальных ширин в
распадах прелестных адронов;
– получено первое свидетельство существования распада 0 → 2 − .
Измерено отношение парциальных ширин между распадами
0 → 2 − и 0 → 1 − ;
– с точностью, превышающей точность предыдущего измерения, по­
лучено отношение парциальных ширин распадов 0 → 2 − и
0 → 1 − .

Стандартная модель (СМ) — это фундаментальная теория, в рамках которой удалось объединить три типа фундаментальных сил: электромагнит­ ное, слабое и сильное взаимодействия (не включая гравитационное), а также классифицировать все известные элементарные частицы [1]. Теория была раз­ работана во второй половине двадцатого века, а нынешняя формулировка была завершена в середине 1970-х годов после экспериментального подтверждения существования кварков. К успехам СМ можно отнести подтверждение суще­ ствования -кварка [2,3], экспериментальное обнаружение -нейтрино [4] и открытие бозона Хиггса [5, 6]. Кроме того, СМ позволяет предсказать с боль­ шой точностью ряд измеряемых физических параметров, включая свойства нейтральных токов и параметры ± и 0 бозонов. Несмотря на несомненный успех теории, существует ряд вопросов, на которые нет ответа в рамках СМ: столь сильное различие масс фермионов, число поколений частиц материи, значительное отличие энергетических масштабов различных фундаментальных взаимодействий и др. Кроме того, есть ряд экспериментальных сведений, ука­ зывающих на существование физики за пределами СМ. Например, открытие осцилляций нейтрино, асимметрия материи и антиматерии во Вселенной, а так­ же полученные из космологических наблюдений проблемы темной материи и темной энергии. Для разрешения некоторых проблем СМ были предложены различные расширения СМ, к примеру, теории Великого объединения, супер­ симметричные расширения СМ, а также новые, более общие теории, такие как теория струн, М-теория и др. В рамках таких теорий предсказывается существование новых массивных частиц, которые могут быть обнаружены в экспериментах на Большом адронном коллайдере в протон-протонных столкно­ вениях при больших энергиях. Поиск новых частиц ведется как прямым, так и косвенным образом. Для этого проводятся прецизионные измерения различ­ ных параметров СМ, отклонение которых от теоретических предсказаний будет свидетельствовать о существовании новых частиц. Однако, несмотря на широ­ кий спектр проведенных на данный момент исследований, не было получено достоверных результатов, подтверждающих или исключающих ту или иную теорию за рамками СМ. Поэтому поиск явлений, не поддающихся объяснению в СМ, является важнейшей задачей современной физики высоких энергий. Од­ ним из передовых методов поиска физики за пределами СМ является изучение распадов адронов, содержащих -кварк. Исследования в данном направлении проводятся в экспериментах на Большом адронном коллайдере, а также в ряде экспериментов, таких как Belle II и BESIII, которые работают на электрон-пози­ тронных коллайдерах.
Актуальность темы диссертации
Распады прелестных барионов изучаются как для понимания динами­ ки процессов с участием тяжелых кварков, так и для поиска физики за пределами СМ. Уточнение параметров прелестных барионов, таких как соб­ ственное время жизни, масса и парциальные ширины распадов, способствует проверке эффективной теории тяжелых кварков [7]. Прелестный 0 барион представляет собой основное состояние тяжелого -кварка и двух легких – и -кварков. Первое свидетельство существования 0 бариона было получено около тридцати лет назад, однако до сих пор известна лишь небольшая часть, около 20%, его распадов. Поэтому поиск новых распадов 0 бариона остает­ ся важной задачей современной физики высоких энергий. Рекордно высокая энергия протон-протонных столкновений на Большом адронном коллайдере обуславливает высокое сечение рождения широкого спектра прелестных адро­ нов, включая тяжелые 0 барионы. Детекторный комплекс LHCb на Большом адронном коллайдере является передним спектрометром, конструкция которого была разработана специально для исследования прелестных частиц. Детектор LHCb имеет превосходные характеристики триггерной и трековой систем, а также системы идентификации адронов, что обуславливает отличное разреше­ ние по массе и высокую эффективность отбора событий с распадами частиц, содержащих -кварки. За время работы эксперимента LHCb было опубликова­ но более двадцати работ с результатами исследований прелестных барионов. К примеру, в распадах 0 → / − впервые было получено наблюдение экзотических резонансных состояний в системе / , соответствующих моде­ ли пентакварков [8–11]. Кроме того, с помощью распада 0 → / − было измерено собственное время жизни 0 бариона с наилучшей мировой точ­ ностью [12]. С использованием Кабиббо-подавленного распада 0 → / −
удалось получить свидетельство существования подобных резонансных струк­ тур в системе / , а также свидетельство наличия вклада от тетракваркового резонанса в системе / − [13]. С использованием распада 0 → (2 ) − была измерена масса 0 бариона с наилучшей мировой точностью [14]. При исследовании распада 0 → 1(3872) − была впервые измерена ширина эк­ зотического состояния 1(3872) [15]. Таким образом, поиск и исследование распадов 0 барионов в эксперименте LHCb является не только интересной, но и перспективной задачей.
Цели и задачи исследования
К задачам исследования относится разработка методов обработки физи­ ческих данных, набранных экспериментом LHCb в период с 2011 по 2018 гг. Работа включает в себя два связанных между собой анализа эксперименталь­ ных данных по поиску и изучению новых распадов 0 барионов в конечные состояния, содержащие чармоний. В работе использовались данные, набранные детектором LHCb в протон-протонных столкновениях при энергиях в системе центра масс 7, 8 и 13 ТэВ и соответствующие интегральной светимости 1, 2 и 6 фб−1, соответственно.
В диссертационной работе представлена процедура поиска нового распада 0 → (2 ) − и измерение его парциальной ширины относительно норми­ ровочного канала 0 → (2 ) −. Второй анализ посвящен поиску новых распадов 0 → 1 − и 0 → 2 − и измерению отношения парциальной ши­ рины распада 0 → 1 − к ширине нормировочного канала 0 → 1 −. Кроме того, описана процедура измерения двух отношений парциальных ши­ рин: между распадами 0 → 2 − и 0 → 1 −, а также между распадами 0 → 2 − и 0 → 1 −. В ходе исследования было проверено наличие вклада от промежуточных резонансных состояний в распадах 0 → (2 ) − и 0 → 1 −.
Научная новизна:
– впервые обнаружен распад 0 → (2 ) −, и измерено отношение пар­ циальной ширины распада 0 → (2 ) − к ширине нормировочного канала 0 → (2 ) −;
– впервые обнаружен распад 0 → 1 −, и измерено отношение пар­ циальной ширины распада 0 → 1 − к ширине нормировочного канала 0 → 1 −;
– получено первое свидетельство существования распада 0 → 2 −, и измерено отношение парциальной ширины распада 0 → 2 − к ширине распада 0 → 1 −;
– измерено отношение парциальных ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 − с точностью, превышающей точность предыдущего изме­ рения.
Практическая полезность
Представленная диссертационная работа выполнена в рамках участия ФГБУ «Институт теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Али­ ханова НИЦ «Курчатовский институт» в международном содружестве LHCb. Тематика работы соответствует физической программе эксперимента LHCb, а именно исследованию распадов прелестных барионов в конечные состояния, содержащие чармоний. Разработанная в ходе анализа распа­ дов 0 → − ( = (2 ), 1, 2) методика реконструкции и отбора кандидатов важна для дальнейшего поиска и измерения характеристик Кабиббо-подавленных распадов частиц, содержащих прелестный кварк. Изме­ рение парциальных ширин таких распадов важно для проверки предсказаний как эффективной теории тяжелых кварков, так и в целом квантовой хромо­ динамики. Кроме того, распады прелестных частиц с чармонием в конечном состоянии представляют интерес с точки зрения поиска физики за предела­ ми СМ. Результаты работы по измерению отношения парциальных ширин распадов 0 → (2 ) − и 0 → (2 ) − приведены в таблице свойств элементарных частиц.
Основные положения, выносимые на защиту:
– разработан метод восстановления и отбора распадов 0 → (2 ) − и
0 → (2 ) − с использованием распада (2 )→ + −;
– измерено отношение парциальной ширины распада 0 → (2 ) − к
парциальной ширине нормировочного канала 0 → (2 ) −;
– разработан метод восстановления и отбора распадов 0 → 1 −, 0 → 2 −, 0 → 1 − и 0 → 2 − с использованием распадов 1 → / , 2 → / и / → + −;
– измерено отношение парциальной ширины распада 0 → 1 − к пар­ циальной ширине нормировочного канала 0 → 1 −;
– измерено отношение парциальных ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 −;
– измерено отношение парциальных ширин распадов 0 → 2 − и 0 → 1 −.
Достоверность результатов и выводов
Достоверность результатов, полученных в работе, определяется стабильностью работы всех подсистем детекторного комплекса LHCb в пе­ риод набора данных, использованием в анализе стандартных программных пакетов, а также программных пакетов, разработанных специально для обра­ ботки физических данных эксперимента LHCb, в том числе современного программного обеспечения для математического моделирования физиче­ ских процессов методом Монте-Карло. Полученные результаты находятся в согласии с аналогичными измерениями в других экспериментах. Кроме того, достоверность полученных в диссертации результатов и выводов обу­ словлена многочисленными проверками с использованием компьютерного моделирования физических процессов и экспериментальной установки, а также
дополнительными независимыми исследованиями внутри содружества LHCb и сравнением с теоретическими предсказаниями СМ.
Апробация работы и публикации
Материалы, изложенные в работе, опубликованы в статьях, которые удов­ летворяют требованиям ВАК:
1. R. Aaij, … , V. Matiunin ., Observation of the decay 0 → 1 −, JHEP 05 (2021) 095;
2. R. Aaij, … , V. Matiunin ., Observation of the decay 0 → (2 ) −, JHEP 08 (2018) 131;
3. V.I. Matiunin, B baryon decays at LHCb, Phys. Part. Nuclei Lett. 16 (2019) 475–480;
4. В.И. Матюнин и др., Поиск новых распадов прелестных барионов в эксперименте LHCb, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2 (2019) 3.
Данные материалы регулярно обсуждались на рабочих совещаниях междуна­ родного содружества LHCb, представлялись на различных конференциях и
семинарах:
1. Les Rencontres de Physique de la Vall ́ee d’Aoste (LaThuile’2021), (г. Ла­ Туиль, Италия, 9 – 11 марта 2021 г.);
2. 40th International Conference on High Energy Physics (ICHEP’2020), (г. Прага, Чехия, 28 июля – 6 августа 2020 г.);
3. The XXIV International Workshop High Energy Physics and Quantum Field Theory (QFTHEP’19), (г. Сочи, 22 – 29 сентября 2019 г.);
4. International Workshop on − + collisions from Phi to Psi (PhiPsi’19), (г. Новосибирск, 25 февраля – 1 марта 2019 г.);
5. Hadron Structure and QCD (HSQCD’18), (г. Гатчина, 6-10 августа 2018 г.);
6. Молодежная конференция по теоретической и экспериментальной фи­ зике ИТЭФ, (г. Москва, 16 – 19 ноября 2020 г.);
7. Молодежная конференция по теоретической и экспериментальной фи­ зике ИТЭФ, (г. Москва, 26 – 29 ноября 2018 г.);
8. Международная научная конференция студентов, аспирантов и моло­ дых ученых «Ломоносов-2018», (г. Москва, 9 – 13 апреля 2018 г.).
Результаты работы неоднократно представлялись сотрудниками содружества LHCb на международных конференциях. Исследования отмечены следующи­ ми наградами:
– премия имени И.В. Курчатова НИЦ «Курчатовский институт» за лучшую работу среди молодых научных сотрудников и инженеров­ исследователей (г. Москва, 30 ноября 2018 г.);
– диплом по итогам конкурса научно-исследовательских работ НИЦ «Курчатовский институт» – ИТЭФ (г. Москва, 19 марта 2021).
Работа выполнена в рамках гранта Российского фонда фундаментальных ис­ следований No 20-32-90166 (Аспиранты).
Личный вклад диссертанта
Автор принимал активное участие в анализе данных эксперимента LHCb. В частности, диссертантом был проведен анализ по поиску новых распадов 0 → (2 ) −, 0 → 1 − и 0 → 2 −. Автор выполнил все ключевые части физического анализа: разработка метода восстановления исследуемых распадов, подготовка данных математического моделирования методом Монте­ Карло, поиск оптимальных критериев отбора событий, аппроксимация рас­ пределений массы отобранных кандидатов, исследование наличия вкладов от промежуточных резонансных состояний, вычисление эффективностей отбора с
использованием скорректированных данных математического моделирования, вычисление отношения парциальных ширин с использованием нормировочных каналов и оценка систематических неопределенностей. Кроме того, автор участ­ вовал в сменных дежурствах по обеспечению функционирования детектора LHCb и набора физических данных.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 101 страницу, включая 26 рисунков и 19 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.
Текст диссертации организован следующим образом:
– во введении приведено обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, показана новизна и прак­ тическая значимость работы, приведено краткое описание содержания диссертации;
– в первой главе представлено краткое описание Большого адронного коллайдера и детекторного комплекса LHCb, перечислены ключевые системы детектора, описано их устройство и характеристики, перечис­ лено программное обеспечение, использованное для математического моделирования экспериментальных данных, а также представлены условия обработки и хранения данных;
– во второй главе представлены исследования по поиску нового Кабиббо-подавленного распада 0 → (2 ) −, описаны методы обна­ ружения распада, показаны наблюдаемые сигналы. В главе приведены вычисления отношения парциальной ширины изучаемого распада относительно нормировочного канала 0 → (2 ) −. Полученные результаты сравниваются с предыдущими измерениями аналогичных отношений парциальных ширин для распадов прелестных адронов;
– в третьей главе представлены исследования по поиску новых Ка­ биббо-подавленных распадов 0 → 1 − и 0 → 2 −, описаны методы обнаружения распадов, показаны наблюдаемые сигналы. В
главе приведены вычисления отношения парциальной ширины распада 0 → 1 − относительно нормировочного канала 0 → 1 −. Кро­ ме того, приведены вычисления двух отношений парциальных ширин: между распадами 0 → 2 − и 0 → 1 −, а также между распада­ ми 0 → 2 − и 0 → 1 −. Полученные результаты сравниваются с предыдущими измерениями аналогичных отношений парциальных ширин для распадов прелестных адронов;
– в заключении приведены основные результаты диссертационной ра­ боты.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету

    Исследование парного рождения векторных бозонов с последующим распадом на заряженные лептоны и адроны в эксперименте ATLAS
    📅 2021год
    🏢 ФГБУ «Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
    Изучение распадов B0s-мезонов с чармонием и многочастичными адронными состояниями в эксперименте LHCb
    📅 2021год
    🏢 ФГБУ «Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»