Bestimmung der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe beim ATLAS-Experiment und Optimierung der Triggerselektion von supersymmetrischen Ereignissen

Das Standardmodell der Teilchenphysik, das drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen beschreibt, stimmt bisher sehr gut mit den Messergebnissen der Experimente am CERN, dem Fermilab und anderen Forschungseinrichtungen überein. rnAllerdings können im Rahmen dieses Modells nicht alle Fragen der Teilchenphysik beantwortet werden. So lässt sich z.B. die vierte fundamentale Kraft, die Gravitation, nicht in das Standardmodell einbauen.rnDarüber hinaus hat das Standardmodell auch keinen Kandidaten für dunkle Materie, die nach kosmologischen Messungen etwa 25 % unseres Universum ausmacht.rnAls eine der vielversprechendsten Lösungen für diese offenen Fragen wird die Supersymmetrie angesehen, die eine Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen einführt. rnAus diesem Modell ergeben sich sogenannte supersymmetrische Teilchen, denen jeweils ein Standardmodell-Teilchen als Partner zugeordnet sind.rnEin mögliches Modell dieser Symmetrie ist das R-Paritätserhaltende mSUGRA-Modell, falls Supersymmetrie in der Natur realisiert ist.rnIn diesem Modell ist das leichteste supersymmetrische Teilchen (LSP) neutral und schwach wechselwirkend, sodass es nicht direkt im Detektor nachgewiesen werden kann, sondern indirekt über die vom LSP fortgetragene Energie, die fehlende transversale Energie (etmiss), nachgewiesen werden muss.rnrnDas ATLAS-Experiment wird 2010 mit Hilfe des pp-Beschleunigers LHC mit einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7-10 TeV mit einer Luminosität von 10^32 #/(cm^2*s) mit der Suche nach neuer Physik starten.rnDurch die sehr hohe Datenrate, resultierend aus den etwa 10^8 Auslesekanälen des ATLAS-Detektors bei einer Bunchcrossingrate von 40 MHz, wird ein Triggersystem benötigt, um die zu speichernde Datenmenge zu reduzieren.rnDabei muss ein Kompromiss zwischen der verfügbaren Triggerrate und einer sehr hohen Triggereffizienz für die interessanten Ereignisse geschlossen werden, da etwa nur jedes 10^8-te Ereignisse für die Suche nach neuer Physik interessant ist.rnZur Erfüllung der Anforderungen an das Triggersystem wird im Experiment ein dreistufiges System verwendet, bei dem auf der ersten Triggerstufe mit Abstand die höchste Datenreduktion stattfindet.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit rn%, die vollständig auf Monte-Carlo-Simulationen basiert, rnist zum einen ein wesentlicher Beitrag zum grundlegenden Verständnis der Eigenschaft der fehlenden transversalen Energie auf der ersten Triggerstufe geleistet worden.rnZum anderen werden Methoden vorgestellt, mit denen es möglich ist, die etmiss-Triggereffizienz für Standardmodellprozesse und mögliche mSUGRA-Szenarien aus Daten zu bestimmen. rnBei der Optimierung der etmiss-Triggerschwellen für die erste Triggerstufe ist die Triggerrate bei einer Luminosität von 10^33 #/(cm^2*s) auf 100 Hz festgelegt worden.rnFür die Triggeroptimierung wurden verschiedene Simulationen benötigt, bei denen eigene Entwicklungsarbeit eingeflossen ist.rnMit Hilfe dieser Simulationen und den entwickelten Optimierungsalgorithmen wird gezeigt, dass trotz der niedrigen Triggerrate das Entdeckungspotential (für eine Signalsignifikanz von mindestens 5 sigma) durch Kombinationen der etmiss-Schwelle mit Lepton bzw. Jet-Triggerschwellen gegenüber dem bestehenden ATLAS-Triggermenü auf der ersten Triggerstufe um bis zu 66 % erhöht wird.

Performance of the ATLAS muon trigger in pp collisions at s√=8 TeV

The performance of the ATLAS muon trigger system has been evaluated with proton--proton collision data collected in 2012 at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 8 TeV. The performance was primarily evaluated using events containing a pair of muons from the decay of Z bosons. The efficiency is measured for the single-muon trigger for a kinematic region of the transverse momentum pT between 25 and 100 GeV, with a statistical uncertainty of less than 0.01% and a systematic uncertainty of 0.6%. The performance is also compared in detail to the predictions from simulation. The efficiency was measured over a wide pT range (a few GeV to several hundred GeV) by using muons from J/ψ mesons,W bosons, and top and antitop quarks. It showed highly uniform and stable performance.

Monitorització d'alt nivell per a el computing de l'experiment ATLAS (LHC)

Aquest projecte descriu la fusió de les necessitats diaries de monitorització del experiment ATLAS des del punt de vista del cloud. La idea principal es desenvolupar un conjunt de col·lectors que recullin informació de la distribució i processat de les dades i dels test de wlcg (Service Availability Monitoring), emmagatzemant-la en BBDD específiques per tal de mostrar els resultats en una sola pàgina HLM (High Level Monitoring). Un cop aconseguit, l’aplicació ha de permetre investigar més enllà via interacció amb el front-end, el qual estarà alimentat per les estadístiques emmagatzemades a la BBDD.

Recherche d'un neutrino lourd avec le détecteur ATLAS au LHC

Ce mémoire de maîtrise a pour objet une recherche de leptons lourds de quatrième génération avec les données prises par le détecteur ATLAS au LHC dans les collisions pp à $\sqrt{s}$ = 7 TeV et avec une luminosité intégrée de 1.02 fb$^{-1}$. Le processus étudié est la production au singulet de leptons lourds neutres de quatrième génération (N) par la voie du courant chargé suivi de la désintégration du celui-ci en un électron et un boson W : $ pp \to W \to N e \to e W e \to e e \nu_{\ell} \ell $ ($\ell$ = $e$ ou $\mu$), et dépend d'un paramètre de mélange $\xi^{2}$ avec un lepton léger. L'analyse passe par plusieurs étapes, soit l'utilisation de FeynRules pour construire le modèle pour ensuite générer des événements par MadGraph 5.1.2.4. Comme hypothèse de référence, on a choisi une masse de 100 GeV pour le lepton lourd neutre et $\xi_{Ne}^2$ = 0.19, donnant une section efficace de 0.312 pb pour une énergie au centre de masse de 7 TeV. Puisque la génération du signal s'est faite de manière privée à Montréal et non par la collaboration ATLAS, les résultats ne peuvent pas être reconnus officiellement. Sur la base de la simulation, avec des données correspondant à 1 fb$^{-1}$, la limite supérieure attendue à un niveau de confiance de $95\%$ sur la section efficace du signal est de 0.145 pb avec 0.294 pb pour un écart type($\sigma$) et 0.519 pb pour 2$\sigma$. La limite supérieure attendue à un niveau de confiance de $95\%$ sur $\xi_{Ne}^{2}$ de 0.09 pour une masse de 100 GeV.

LHC luminosity measurement with the ATLAS-MPX detectors

En opération depuis 2008, l’expérience ATLAS est la plus grande de toutes les expériences au LHC. Les détecteurs ATLAS- MPX (MPX) installés dans ATLAS sont basés sur le détecteur au silicium à pixels Medipix2 qui a été développé par la collaboration Medipix au CERN pour faire de l’imagerie en temps réel. Les détecteurs MPX peuvent être utilisés pour mesurer la luminosité. Ils ont été installés à seize différents endroits dans les zones expérimentale et technique d’ATLAS en 2008. Le réseau MPX a recueilli avec succès des données indépendamment de la chaîne d’enregistrement des données ATLAS de 2008 à 2013. Chaque détecteur MPX fournit des mesures de la luminosité intégrée du LHC. Ce mémoire décrit la méthode d’étalonnage de la luminosité absolue mesurée avec les détectors MPX et la performance des détecteurs MPX pour les données de luminosité en 2012. Une constante d’étalonnage de la luminosité a été déterminée. L’étalonnage est basé sur technique de van der Meer (vdM). Cette technique permet la mesure de la taille des deux faisceaux en recouvrement dans le plan vertical et horizontal au point d’interaction d’ATLAS (IP1). La détermination de la luminosité absolue nécessite la connaissance précise de l’intensité des faisceaux et du nombre de trains de particules. Les trois balayages d’étalonnage ont été analysés et les résultats obtenus par les détecteurs MPX ont été comparés aux autres détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. La luminosité obtenue à partir des balayages vdM a été comparée à la luminosité des collisions proton- proton avant et après les balayages vdM. Le réseau des détecteurs MPX donne des informations fiables pour la détermination de la luminosité de l’expérience ATLAS sur un large intervalle (luminosité de 5 × 10^29 cm−2 s−1 jusqu’à 7 × 10^33 cm−2 s−1 .

Potentiel d'observation de la technicouleur à l'aide de l'expérience ATLAS

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The Search for New Resonances in Strong Symmetry Breaking Scenarios with the ATLAS Detector

Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances.

Caratterizzazione dei fotomoltiplicatori per il luminometro LUCID dell'esperimento ATLAS presso il Large Hadron Collider

Qualificazione dei fotomoltiplicatori che saranno installati nel sottorivelatore LUCID dell'esperimento ATLAS a LHC.

Supersymmetry searches in dilepton final states with the ATLAS experiment

One of the main goals of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva is the search for new physics beyond the Standard Model. In 2011, proton-proton collisions were performed at the LHC at a center of mass energy of 7 TeV and an integrated luminosity of 4.7 fb^{-1} was recorded. This dataset can be tested for one of the most promising theories beyond limits achieved thus far: supersymmetry. Final states in supersymmetry events at the LHC contain highly energetic jets and sizeable missing transverse energy. The additional requirement of events with highly energetic leptons simplifies the control of the backgrounds. This work presents results of a search for supersymmetry in the inclusive dilepton channel. Special emphasis is put on the search within the Gauge-Mediated Symmetry Breaking (GMSB) scenario in which the supersymmetry breaking is mediated via gauge fields. Statistically independent Control Regionsrnfor the dominant Standard Model backgrounds as well as Signal Regions for a discovery of a possible supersymmetry signal are defined and optimized. A simultaneous fit of the background normalizations in the Control Regions via the profile likelihood method allows for a precise prediction of the backgrounds in the Signal Regions and thus increases the sensitivity to several supersymmetry models. Systematic uncertainties on the background prediction are constrained via the jet multiplicity distribution in the Control Regions driven by data. The observed data are consistent with the Standard Model expectation. New limits within the GMSB and the minimal Supergravity (mSUGRA) scenario as well as for several simplified supersymmetry models are set or extended.

Expected performance of the ATLAS experiment - detector, trigger and physics

A detailed study is presented of the expected performance of the ATLAS detector. The reconstruction of tracks, leptons, photons, missing energy and jets is investigated, together with the performance of b-tagging and the trigger. The physics potential for a variety of interesting physics processes, within the Standard Model and beyond, is examined. The study comprises a series of notes based on simulations of the detector and physics processes, with particular emphasis given to the data expected from the first years of operation of the LHC at CERN.

Test vector generation for the phase II ATLAS event filter trigger upgrade

In the near future, the LHC experiments will continue to be upgraded as the LHC luminosity will increase from the design 1034 to 7.5 × 1034, with the HL-LHC project, to reach 3000 × f b−1 of accumulated statistics. After the end of a period of data collection, CERN will face a long shutdown to improve overall performance by upgrading the experiments and implementing more advanced technologies and infrastructures. In particular, ATLAS will upgrade parts of the detector, the trigger, and the data acquisition system. It will also implement new strategies and algorithms for processing and transferring the data to the final storage. This PhD thesis presents a study of a new pattern recognition algorithm to be used in the trigger system, which is a software designed to provide the information necessary to select physical events from background data. The idea is to use the well-known Hough Transform mathematical formula as an algorithm for detecting particle trajectories. The effectiveness of the algorithm has already been validated in the past, independently of particle physics applications, to detect generic shapes in images. Here, a software emulation tool is proposed for the hardware implementation of the Hough Transform, to reconstruct the tracks in the ATLAS Trigger and Data Acquisition system. Until now, it has never been implemented on electronics in particle physics experiments, and as a hardware implementation it would provide overall latency benefits. A comparison between the simulated data and the physical system was performed on a Xilinx UltraScale+ FPGA device.

Measurement of charged-particle spectra in Pb+Pb collisions at √sNN = 2.76TeV with the ATLAS detector at the LHC

Charged-particle spectra obtained in 0.15nb−1 of Pb+Pb interactions at sNN−−−√=2.76TeV and 4.2pb−1 of pp interactions at s√=2.76TeV with the ATLAS detector at the LHC are presented in a wide transverse momentum (0.5

Identification and energy calibration of hadronically decaying tau leptons with the ATLAS experiment in pp collisions at s√=8 TeV

This paper describes the trigger and offline reconstruction, identification and energy calibration algorithms for hadronic decays of tau leptons employed for the data collected from pp collisions in 2012 with the ATLAS detector at the LHC center-of-mass energy s√ = 8 TeV. The performance of these algorithms is measured in most cases with Z decays to tau leptons using the full 2012 dataset, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb−1. An uncertainty on the offline reconstructed tau energy scale of 2% to 4%, depending on transverse energy and pseudorapidity, is achieved using two independent methods. The offline tau identification efficiency is measured with a precision of 2.5% for hadronically decaying tau leptons with one associated track, and of 4% for the case of three associated tracks, inclusive in pseudorapidity and for a visible transverse energy greater than 20 GeV. For hadronic tau lepton decays selected by offline algorithms, the tau trigger identification efficiency is measured with a precision of 2% to 8%, depending on the transverse energy. The performance of the tau algorithms, both offline and at the trigger level, is found to be stable with respect to the number of concurrent proton--proton interactions and has supported a variety of physics results using hadronically decaying tau leptons at ATLAS.

Summary of the ATLAS experiment's sensitivity to supersymmetry after LHC Run 1-interpreted in the phenomenological MSSM

A summary of the constraints from the ATLAS experiment on R-parity-conserving supersymmetry is presented. Results from 22 separate ATLAS searches are considered, each based on analysis of up to 20.3 fb−1 of proton-proton collision data at centre-of-mass energies of s√=7 and 8 TeV at the Large Hadron Collider. The results are interpreted in the context of the 19-parameter phenomenological minimal supersymmetric standard model, in which the lightest supersymmetric particle is a neutralino, taking into account constraints from previous precision electroweak and flavour measurements as well as from dark matter related measurements. The results are presented in terms of constraints on supersymmetric particle masses and are compared to limits from simplified models. The impact of ATLAS searches on parameters such as the dark matter relic density, the couplings of the observed Higgs boson, and the degree of electroweak fine-tuning is also shown. Spectra for surviving supersymmetry model points with low fine-tunings are presented.

Summary of the searches for squarks and gluinos using root s=8 TeV pp collisions with the ATLAS experiment at the LHC

A summary is presented of ATLAS searches for gluinos and first- and second-generation squarks in final states containing jets and missing transverse momentum, with or without leptons or b-jets, in the s√=8 TeV data set collected at the Large Hadron Collider in 2012. This paper reports the results of new interpretations and statistical combinations of previously published analyses, as well as a new analysis. Since no significant excess of events over the Standard Model expectation is observed, the data are used to set limits in a variety of models. In all the considered simplified models that assume R-parity conservation, the limit on the gluino mass exceeds 1150 GeV at 95% confidence level, for an LSP mass smaller than 100 GeV. Furthermore, exclusion limits are set for left-handed squarks in a phenomenological MSSM model, a minimal Supergravity/Constrained MSSM model, R-parity-violation scenarios, a minimal gauge-mediated supersymmetry breaking model, a natural gauge mediation model, a non-universal Higgs mass model with gaugino mediation and a minimal model of universal extra dimensions.