Geri Dön

Prospects of nonresonant Higgs boson pair production measurement in the WWγγ channel at the HL-LHC with the phase-II CMS detector

Standart model Higgs bozonu çifti üretiminin WWγγ kanalında CMS faz II dedektörü ile HL-LHC koşullarında araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 732834
  2. Yazar: AHMET OĞUZ GÜZEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUAMMER ALTAN ÇAKIR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

2012 yılında, İsviçre'nin Cenevre kenti ile Fransa sınırında konuşlanmış olan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) etrafındaki CMS ve ATLAS deneyleri, 125 GeV kütlesinde bir parçacığın gözlendiğini açıkladı. İlk defa varlığı deneyler tarafından kanıtlanan bu parçacık, 1964 yılında Peter Higgs ve 5 diğer bilim adamı tarafından ortaya atılan Higgs bozonuydu. Bir sene sonra Peter Higgs ve François Englert Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler. 2012'den itibaren, elektro-zayıf simetri kırınımı mekanizmasını açıklayan ve Standart Model ötesi kuramlar için önemli bir parçacık olan Higgs bozonunun tüm özellikleri detaylı bir şekilde çalışılmaya başlandı. 27 km uzunluğunda çevreye sahip çember şeklinde bir yeraltı tünelini kullanan LHC deneyi, 4 adet büyük detektör barındırmaktadır. Bu detektörler; ATLAS, ALICE, CMS ve LHCb detektörleridir. Bunlardan ikisi, ATLAS ve CMS, 13 TeV kadar yüksek bir kütle merkezi enerjisinde çarpışan protonlardan saçılan parçacıkları gözlemleyerek, Higgs bozonu dahil olmak üzere diğer tüm temel parçacıkları araştırıyor. LHC deneyi, 2027 yılı sonrası için 14 TeV'lik bir çarpışma enerjisine çıkmayı ve toplam lüminositeyi 3000 fb^-1 değerine kadar yükseltmeyi planlarken CMS deneyi de, çarpışma noktasının etrafındaki kapsama alanını artırmak gibi çeşitli güncellemelerle geliştiriliyor. Higgs bozonu çifti üretimi LHC'deki proton-proton çarpışmalarında görece yüksek bir tesir kesitine sahiptir. 13 TeV enerjide gluon-gluon füzyonu üretim yöntemi yaklaşık 30 fb'dir. Yüksek enerjideki proton-proton çarpışmalarında Higgs bozonu çifti üretiminin önemi ise, Higgs potansiyelinin şeklini belirleyen Higgs tri-lineer öz etkileşim terimine, vektör bozon üretim mekanizması ile doğrudan erişiminin olmasıdır. LHC deneyinde üretilen Higgs bozonu çiftleri ATLAS ve CMS deneyleri tarafından bir çok bozunma kanalında çalışılmıştır. Fakat Yüksek Lüminosite LHC programı (HL-LHC), yani LHC deneyinin 2027 ve sonrası için planlanan güncellenmiş halindeki Higgs bozonu çifti üretimi henüz tüm bozunma kanallarında çalışılmamıştır. Bu tezde, HL-LHC programı kapsamında yapılması planlanan güncelleme çalışmaları sonrasındaki lüminositede Higgs bozonu çifti üretimi, gluon-gluon füzyonu üretim yöntemi ile CMS detektörünün Faz-2 için güncellenmiş halinde, proton-proton çarpışması simülasyonları ile çalışılmıştır. 1. bölümde, parçacık fiziğinin başarılı teorisi Standart Model'e giriş niteliğinde açıklamalar verilmiştir. Standart Model Lagrange denklemleri incelenmiş, temel kuvvetler, parçacıklar ve özellikle Higgs bozonundan ve Higgs bozonu çift üretiminden bahsedilmiştir. Standart Model ötesi araştırmalardan ve bu araştırmalarda Higgs bozonunun öneminden bahsedilmiştir. 2. bölümde, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deneyinin yapısı açıklanmış ve simülasyon programları ile davranışı taklit edilen Kompakt Müon Solenoidi (CMS) detektörünün özellikleri ve alt detektörleri incelenmiştir. CMS detektörünün Faz-2 Güncelleme Çalışmaları ve HL-LHC programı açıklanmıştır. Higgs bozonu çiftinin WWγγ bozunma kanalındaki analizi 3. bölümde detaylıca incelenmiştir. Öncelikle analiz stratejisinden bahsedilmiş ve simülasyon ile üretilen proton-proton çarpışma verileri; bu verilerin üretiminde kullanılan programlar ve bu programların arka planında çalışan metotlar, sinyal ve artalan çarpışma proseslerinin detayları ile CMS detektörünün simülasyonu için kullanılan bilgisayar programının (Delphes) özellikleri açıklanmıştır. Analizde kullanılan fizik objeleri; fotonlar, leptonlar, jetler ve kayıp enerji, CMS detektörünün kapsama alanı içerisinde ve yeterli enerjiye sahip olacak şekilde tanımlanmıştır. Higgs bozonu çifti üretiminin istenilen kanallarda (WWγγ, ττγγ) incelenmesini sağlamak amacıyla çarpışma olaylarına belirli kriterler uygulanmıştır. Olay seçimi adı verilen bu işlem ve fizik objesi tanımlamaları, Bamboo adı verilen Python temelli bir analiz kütüphanesi yardımıyla yapılmıştır. TensorFlow makine öğrenmesi kütüphanesi ile Keras arayüzü kullanılarak, analiz için 2 adet yapay sinir ağı geliştirilmiştir. Bu çalışmadaki modelin, analizi öğrenip tahminlerde bulunması için fizik objelerinin; olay başına miktarları, enine momentumları (transverse momentum), dik eksendeki (η) ve azimut eksenindeki (φ) açı değerleri, fotonlar ve tau leptonları için; değişmez kütlelerinin (invariant mass) enerji ve enine momentumlarına oranları gibi değerler girdi olarak verilmiştir. Bu girdileri kullanarak 0 ile 1 arasında yapay zeka ağı puanı dağılımı çıkarılmıştır. Bu dağılımda sinyal ile artalan süreçlerinin birbirinden ayrılması ROC eğrileri ve istatistiksel önem değerleri olay bazında hesaplanarak sağlanmış ve yapay zeka ağı puanının farklı aralıklardaki değerleri için kategoriler oluşturulmuştur. Belirlenen bu kategoriler analiz kodlamasında yeni birer seçim olarak uygulanmış ve bu seçim sonrasında elde edilen foton çifti değişmez kütlesi dağılımları çıkarılmıştır. Sistematik belirsizlikler 3. bölümün son konusu olarak açıklanmıştır. Bu kısımda CMS ve ATLAS deneyleri tarafından önerilen deneysel ve teorik sistematik belirsizlikler uygulanmıştır. Deneysel belirsizlikler; lüminosite, foton çifti tetiklemesi, foton çifti değişmez kütlesi, foton ID, elektron ID, muon ID, tau ID ve jet enerji ölçeği belirsizlikleridir. Teorik belirsizlikler ise, tesir kesiti belirsizlikleri, QCD skalası ve parton dağılım fonksiyonları (PDF) olarak her bir proses veri setine uygulanmıştır. Farklı olarak sinyal proseslerine top kuark kütlesinin belirsizliği de eklenmiştir. Daha sonra Higgs Combine Tool adı verilen, Higgs analizleri için özelleştirilmiş bir analiz kütüphanesi kullanılarak istatistiksel önem düzeyleri (statistical significance) çıkarılmıştır. Higgs Combine Tool kütüphanesine, foton çifti değişmez kütlesi dağılımı girdi olarak verilmiş ve sistematik belirsizlikler bu aşamada uygulanmıştır. Sonuçların sunulduğu 4. bölümde ise, anlamlılık düzeyleri ve yakınlık taramaları verilmiş ve analiz açısından önemleri tartışılmıştır. Bazı son bozunma durumlarındaki foton çifti kütlesi dağılımları artalan ve sinyal proses sonuçlarına uyarlanıp grafik olarak sunulmuştur. Ekler bölümünde, analizdeki kullanılan tüm veri setleri listelenmiş, tüm bozunma durumlarında seçilim yapılmadan önceki ve sonraki olay sayıları ve seçilim verimleri yüzdelik olarak tablo halinde verilmiştir. Ayrıca yapay zeka sinir ağlarına girdi olarak kullanılan tüm dağılımlar verilmiş, ve performans grafikleri eklenmiştir.

Özet (Çeviri)

Since the discovery of the Higgs boson in 2012 by the CMS and ATLAS experiments at the CERN's Large Hadron Collider in Geneva, Switzerland, physicists have tried to measure accurately its properties and to understand better the underlying electroweak symmetry breaking mechanism. In this pursuit, the search for Higgs boson pair production is crucial to test our understanding of the Higgs potential and to search for clues for the Beyond the Standard Model searches. This thesis describes the search for the Higgs boson pair production in decays to a W boson pair and a photon pair. The ττγγ channel of the Higgs boson pair decay is analysed alongside since an overlap is expected in the final states. Monte Carlo simulations of proton-proton collisions corresponding to an integrated luminosity of 3000 fb^-1 at a centre-of-mass energy of 14 TeV are used. The gluon-gluon fusion production mode of the Higgs boson pair is considered only. The Delphes fast detector simulation is used with an average pile-up of 200 per interaction with a dedicated card for Phase-2-upgraded CMS detector. A Python-based analysis library called Bamboo is used to perform the object selections and event categorisation in the data analysis of the study. Cut-flow tables reporting the number of events at each final state of interest are shown. Two binary Deep Neural Networks (DNN) are employed using the Keras API for TensorFlow machine learning library in order to increase the signal and background discrimination in the semi-leptonic final state of WWγγ and single τ final state of ττγγ channels. DNN score cuts are applied to each final state and the di-photon invariant mass distributions are obtained. The results are then used in the Higgs Combine Tool with the statistical and systematic uncertainties applied. The significance levels are reported for each final state along with their combination.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    75327

    Deprem etkisindeki yapılarda aktif ve pasif kontrol sistemlerinin uygulanması

    Başlık çevirisi yok

    BARIŞ SARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ

  2. Tez No

    344611

    Prospects of New Negro identity in Jessie Redmon Fauset's early novels

    Jessie Redmon Fauset'in ilk romanlarında New Negro kimliğine ilişkin görüşler

    FATİH ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    İngiliz Dili ve EdebiyatıFırat Üniversitesi

    Batı Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FATİME GÜL KOÇSOY

  3. Tez No

    764299

    Prospects of negative heritage management in Syria visual representation of the heritage of Aleppo's river massacre

    Suriye'de negatif miras yönetiminin beklentileriHalep nehir katliamındaki mirasın görsel temsili

    WESAM ZARKA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    MimarlıkAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Afet ve Savaş Sonrası İmar ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SALAH HAJISMAIL

  4. Tez No

    603108

    The prospects of Europeanization in the field of civil protection: The cases of Italy and Croatia

    Sivil koruma alanında Avrupalılaşma imkânları: İtalya ve Hırvatistan örnekleri

    ÖZLEM SILA TALAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Uluslararası İlişkilerOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Avrupa Çalışmaları Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ASUMAN GÖKSEL

  5. Tez No

    895199

    Otomotiv endüstrisinde karbon elyaf uygulamaları ile ilgili gelişmeler ve sürdürülebilirlik yaklaşımları

    Future prospects of carbon fiber applications in the automotive industry and sustainability approaches

    NURADIS TEMAM AHMED

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEMA PALAMUTCU

Geri Dön