Performance of jet substructure techniques for large-ℝ jets in proton-proton collisions at sqrts = 7 TeV using the ATLAS detector

This paper presents the application of a variety of techniques to study jet substructure. The performance of various modified jet algorithms, or jet grooming techniques, for several jet types and event topologies is investigated for jets with transverse momentum larger than 300 GeV. Properties of jets subjected to the mass-drop filtering, trimming, and pruning algorithms are found to have reduced sensitivity to multiple proton-proton interactions, are more stable at high luminosity and improve the physics potential of searches for heavy boosted objects. Studies of the expected discrimination power of jet mass and jet substructure observables in searches for new physics are also presented. Event samples enriched in boosted W and Z bosons and top-quark pairs are used to study both the individual jet invariant mass scales and the efficacy of algorithms to tag boosted hadronic objects. The analyses presented use the full 2011 ATLAS dataset, corresponding to an integrated luminosity of 4.7 +/- 0.1 /fb from proton-proton collisions produced by the Large Hadron Collider at a center-of-mass energy of sqrt(s) = 7 TeV.

A search for ttbar resonances in the lepton plus jets final state with ATLAS using 4.7 fb⁻¹ of collisions at sqrt(s) = 7 TeV

A search for new particles that decay into top quark pairs (t (t) over bar) is performed with the ATLAS experiment at the LHC using an integrated luminosity of 4.7 fb(-1) of proton-proton (pp) collision data collected at a center-of-mass energy root s = 7 TeV. In the t (t) over bar) -> WbWb decay, the lepton plus jets final state is used, where one W boson decays leptonically and the other hadronically. The t (t) over bar) system is reconstructed using both small-radius and large-radius jets, the latter being supplemented by a jet substructure analysis. A search for local excesses in the number of data events compared to the Standard Model expectation in the t (t) over bar) invariant mass spectrum is performed. No evidence for a t (t) over bar) resonance is found and 95% credibility-level limits on the production rate are determined for massive states predicted in two benchmark models. The upper limits on the cross section times branching ratio of a narrow Z' resonance range from 5.1 pb for a boson mass of 0.5 TeV to 0.03 pb for a mass of 3 TeV. A narrow leptophobic topcolor Z' resonance with a mass below 1.74 TeV is excluded. Limits are also derived for a broad color-octet resonance with m 15.3%. A Kaluza-Klein excitation of the gluon in a Randall-Sundrum model is excluded for masses below 2.07 TeV.

Search for a light charged Higgs boson in the decay channel H⁺ o c ars in t art events using collisions at sqrts = 7 TeV with the ATLAS detector

A search for a charged Higgs boson (H+) in t (t) over bar decays is presented, where one of the top quarks decays via t -> H(+)b, followed by H+ -> two jets (c (s) over bar). The other top quark decays to Wb, where the W boson then decays into a lepton (e/mu) and a neutrino. The data were recorded in pp collisions at root s = 7 TeV by the ATLAS detector at the LHC in 2011, and correspond to an integrated luminosity of 4.7 fb(-1). With no observation of a signal, 95 % confidence level (CL) upper limits are set on the decay branching ratio of top quarks to charged Higgs bosons varying between 5 % and 1 % for H+ masses between 90 GeV and 150 GeV, assuming B(H+ -> c (s) over bar) = 100 %.

Measurement of kT splitting scales in W→lv events at sqrt(s)=7 TeV with the ATLAS detector

A measurement of splitting scales, as defined by the kT clustering algorithm, is presented for final states containing a W boson produced in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV. The measurement is based on the full 2010 data sample corresponding to an integrated luminosity of 36 pb(-1) which was collected using the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Cluster splitting scales are measured in events containing W bosons decaying to electrons or muons. The measurement comprises the four hardest splitting scales in a k(T) cluster sequence of the hadronic activity accompanying the W boson, and ratios of these splitting scales. Backgrounds such as multi-jet and top-quark-pair production are subtracted and the results are corrected for detector effects. Predictions from various Monte Carlo event generators at particle level are compared to the data. Overall, reasonable agreement is found with all generators, but larger deviations between the predictions and the data are evident in the soft regions of the splitting scales.

Measurement of Higgs boson production in the diphoton decay channel in pp collisions at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV with the ATLAS detector

A measurement of the production processes of the recently discovered Higgs boson is performed in the two-photon final state using 4.5  fb −1 of proton-proton collisions data at s √ =7  TeV and 20.3  fb −1 at s √ =8  TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The number of observed Higgs boson decays to diphotons divided by the corresponding Standard Model prediction, called the signal strength, is found to be μ=1.17±0.27 at the value of the Higgs boson mass measured by ATLAS, m H =125.4  GeV . The analysis is optimized to measure the signal strengths for individual Higgs boson production processes at this value of m H . They are found to be μ ggF =1.32±0.38 , μ VBF =0.8±0.7 , μ WH =1.0±1.6 , μ ZH =0.1 +3.7 −0.1 , and μ tt ¯ H =1.6 +2.7 −1.8 , for Higgs boson production through gluon fusion, vector-boson fusion, and in association with a W or Z boson or a top-quark pair, respectively. Compared with the previously published ATLAS analysis, the results reported here also benefit from a new energy calibration procedure for photons and the subsequent reduction of the systematic uncertainty on the diphoton mass resolution. No significant deviations from the predictions of the Standard Model are found.

Search for squarks and gluinos with the ATLAS detector in final states with jets and missing transverse momentum using √s=8 TeV proton--proton collision data

A search for squarks and gluinos in final states containing high-pT jets, missing transverse momentum and no electrons or muons is presented. The data were recorded in 2012 by the ATLAS experiment in √s = 8TeV proton-proton collisions at the Large Hadron Collider, with a total integrated luminosity of 20.3 fb−1. Results are interpreted in a variety of simplified and specific supersymmetry-breaking models assuming that R-parity is conserved and that the lightest neutralino is the lightest supersymmetric particle. An exclusion limit at the 95% confidence level on the mass of the gluino is set at 1330GeV for a simplified model incorporating only a gluino and the lightest neutralino. For a simplified model involving the strong production of first- and second-generation squarks, squark masses below 850GeV (440GeV) are excluded for a massless lightest neutralino, assuming mass degenerate (single light-flavour) squarks. In mSUGRA/CMSSM models with tan β = 30, A0 = −2m0 and μ > 0, squarks and gluinos of equal mass are excluded for masses below 1700GeV. Additional limits are set for non-universal Higgs mass models with gaugino mediation and for simplified models involving the pair production of gluinos, each decaying to a top squark and a top quark, with the top squark decaying to a charm quark and a neutralino. These limits extend the region of supersymmetric parameter space excluded by previous searches with the ATLAS detector.

Analisi e confronto di elettrodi per l'acquisizione di biopotenziali nei sistemi indossabili

L’uso di sistemi wearable nell’ambito dell’acquisizione dei segnali biomedici è oggigiorno oggetto di grande interesse. Il loro uso si estende dal monitoraggio di parametri vitali per finalità cliniche al controllo delle dinamiche funzionali del corpo umano nel vivere quotidiano, grazie agli specifici segnali emessi dall’organismo, quali ECG ed EMG. Questa tesi, in particolar modo, riguarda le acquisizioni di segnali EMG, ovvero quelli emessi dalla muscolatura in concomitanza di movimenti, e descrive le modalità con cui essi possono essere acquisiti tramite elettrodi dry ed elettrodi wet. Nello specifico, i risultati ottenuti dai diversi approcci vengono confrontati e viene dimostrato il fatto che vi siano consistenti potenzialità nello sviluppo di sistemi per il riconoscimento di gesti che facciano affidamento sugli elettrodi dry, i quali presentano notevoli vantaggi applicativi rispetto alla controparte di tipo wet, la cui affidabilità in tale ambito è stata ampiamente confermata nel corso degli ultimi anni.

Measurement of the tt̅W and tt̅Z Cross Sections using Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS Detector

A measurement of the production cross sections of top quark pairs in association with a W or Z boson is presented. The measurement uses 20.3 fb−1 of data from proton-proton collisions at √s = 8 TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Four different final states are considered: two opposite-sign leptons, two same-sign leptons, three leptons, and four leptons. The t t̅ W and t t̅ Z cross sections are simultaneously extracted using a maximum likelihood fit over all the final states. The t t̅ Z cross section is measured to be 176+58−52 fb, corresponding to a signal significance of 4.2σ. The t t̅ W cross section is measured to be 369+100−91 fb, corresponding to a signal significance of 5.0σ. The results are consistent with next-to-leading-order calculations for the tt̅W and tt̅Z processes.

Using the Higgs to Probe Naturalness

The extreme sensitivity of the mass of the Higgs boson to quantum corrections from high mass states, makes it 'unnaturally' light in the standard model. This 'hierarchy problem' can be solved by symmetries, which predict new particles related, by the symmetry, to standard model fields. The Large Hadron Collider (LHC) can potentially discover these new particles, thereby finding the solution to the hierarchy problem. However, the dynamics of the Higgs boson is also sensitive to this new physics. We show that in many scenarios the Higgs can be a complementary and powerful probe of the hierarchy problem at the LHC and future colliders. If the top quark partners carry the color charge of the strong nuclear force, the production of Higgs pairs is affected. This effect is tightly correlated with single Higgs production, implying that only modest enhancements in di-Higgs production occur when the top partners are heavy. However, if the top partners are light, we show that di-Higgs production is a useful complementary probe to single Higgs production. We verify this result in the context of a simplified supersymmetric model. If the top partners do not carry color charge, their direct production is greatly reduced. Nevertheless, we show that such scenarios can be revealed through Higgs dynamics. We find that many color neutral frameworks leave observable traces in Higgs couplings, which, in some cases, may be the only way to probe these theories at the LHC. Some realizations of the color neutral framework also lead to exotic decays of the Higgs with displaced vertices. We show that these decays are so striking that the projected sensitivity for these searches, at hadron colliders, is comparable to that of searches for colored top partners. Taken together, these three case studies show the efficacy of the Higgs as a probe of naturalness.

Alterazioni strutturali e funzionali nelle diverse eziologie di amiloidosi cardiaca: analisi dei parametri ecocardiografici ed emodinamici invasivi e loro ruolo prognostico

Background e scopo: Tradizionalmente la cardiomiopatia amiloidotica (CA) è stata considerata una cardiomiopatia restrittiva, ma studi recenti hanno evidenziato il ruolo anche della disfuzione sistolica nella sua fisiopatologia. In questo contesto recente, raramente è stato indagato il profilo emodinamico invasivo. Lo scopo dello studio è stato quello di caratterizzare il profilo emodinamico, strutturale e funzionale della CA nelle tre principali eziologie (amiloidosi da catene leggere (AL), amiloidosi transtiretino-relata (ATTR) mutata (ATTRm) e ‘wild-type’ (ATTRwt)), valutare le differenze del profilo ecocardiografico ed emodinamico nelle fasi diverse di malattia ed esplorare il ruolo prognostico delle principali variabili cliniche e strumentali nella CA. Metodi e risultati: Abbiamo analizzato retrospettivamente i dati di 224 pazienti con CA (AL, n=93; ATTRm, n=66; ATTRwt, n=65). Rispetto all'ATTRwt, i pazienti con AL presentano un minor interessamento morfologico cardiaco, ma dati emodinamici paragonabili, caratterizzati da elevate pressioni di riempimento biventricolari e riduzione della gittata sistolica. L’ATTRm, nonostante il profilo ecocardiografico analogo all’ATTRwt, mostra un quadro emodinamico migliore. Gli indici di funzione diastolica e sistolica longitudinale del ventricolo sinistro (Vsn) sono alterati fin dagli stadi iniziali della malattia, mentre la frazione di eiezione (FEVsn) rimane preservata nella maggior parte dei pazienti, anche nelle fasi avanzate (FEVsn 50 [37-60]%; FEVsn <40% nel 28% dei pazienti NYHA III / IV). All'analisi multivariata, età, NYHA III/I, eziologia AL, frazione di contrazione miocardica (MCF), indice cardiaco (CI) e pressione atriale destra (RAP) sono indipendentemente associati a eventi clinici avversi. Conclusioni Questo studio conferma la complessa fisiopatologia della CA, in cui la disfunzione diastolica è accompagnata da una funzione sistolica longitudinale anormale sin dalle fasi iniziali della malattia. L'AL e l'ATTRwt, nonostante diversi gradi di alterazioni morfologiche, hanno un profilo emodinamico simile; l'ATTRm, invece, presenta un quadro emodinamico migliore. Tra i parametri strumentali, MCF, CI e RAP emergono come predittori significativi di eventi avversi.

Effective field theories and their phenomenological applications

Effective field theories (EFTs) are ubiquitous in theoretical physics and in particular in field theory descriptions of quantum systems probed at energies much lower than one or few characterizing scales. More recently, EFTs have gained a prominent role in the study of fundamental interactions and in particular in the parametriasation of new physics beyond the Standard Model, which would occur at scales Λ, much larger than the electroweak scale. In this thesis, EFTs are employed to study three different physics cases. First, we consider light-by-light scattering as a possible probe of new physics. At low energies it can be described by dimension-8 operators, leading to the well-known Euler-Heisenberg Lagrangian. We consider the explicit dependence of matching coefficients on type of particle running in the loop, confirming the sensitiveness to the spin, mass, and interactions of possibly new particles. Second, we consider EFTs to describe Dark Matter (DM) interactions with SM particles. We consider a phenomenologically motivated case, i.e., a new fermion state that couples to the Hypercharge through a form factor and has no interactions with photons and the Z boson. Results from direct, indirect and collider searches for DM are used to constrain the parameter space of the model. Third, we consider EFTs that describe axion-like particles (ALPs), whose phenomenology is inspired by the Peccei-Quinn solution to strong CP problem. ALPs generically couple to ordinary matter through dimension-5 operators. In our case study, we investigate the rather unique phenomenological implications of ALPs with enhanced couplings to the top quark.

Valutazione della concordanza e della capacità predittiva degli score prognostici per la definizione di rapida progressione della malattia renale conica nei pazienti con malattia policistica epato renale. Analisi di una coorte multicentrica.

Introduzione: La malattia policistica autosomica dominante (ADPKD) è una causa comune di malattia renale terminale (ESKD). È caratterizzata dallo sviluppo di cisti renali bilaterali che aumentano progressivamente di volume. Il Tolvaptan viene prescritto in base a 3 criteri: volume renale totale (HtTKV) e Mayo Clinic Imaging Class (MCIC), tasso di declino dell'eGFR e al Predicting Renal Outcome in Polycystic Kidney Disease (PROPKD), che combina variabili cliniche e genetiche. In questa coorte multicentrica retrospettiva, l'obiettivo era di valutare e migliorare la concordanza di sensibilità e specificità predittive di MCIC e PROPKD. Metodi: I dati di pazienti adulti affetti da ADPKD sono stati ottenuti da 2 centri di Bologna (B) e Dublino (D). Abbiamo definito RP un calo dell'eGFR ≥3 mL/min/1,73m2/anno su 4 anni (Clinical Score), o classi MCIC 1C-D-E, o punteggio PROPKD da 7 a 9. Per i parametri clinici sono state utilizzate statistiche descrittive. La concordanza tra i punteggi è stata valutata tramite la statistica Kappa. Nelle varianti missenso di PKD1, il punteggio REVEL è stato trattato come una variabile continua; (>0,65 patogeno'). Risultati: Abbiamo valutato 201 pazienti con ADPKD. Il Propkd e il MCIC erano rispettivamente: 90% specifico e 31,3% sensibile; 89,6% sensibile e 28,6% specifico per identificare il calo dell'eGFR. Kappa di Cohen era di 0,025. Il 47,9% (n=143) è risultato concorde. Il punteggio Revel applicato alle mutazioni PKD1NT identifica da 15 a 19 pazienti che potrebbero avere una RP. L'analisi multivariata mostra dati statisticamente significativi per HB (p:0,016), eventi urologici (p: 0,005) e MCIC (p: 0,074). Conclusioni: La concordanza tra i punteggi risulta bassa. Il PROPKD è più selettivo rispetto al Mayo. Tuttavia, il PROPKD permette di identificare alcune RP escluse dall'uso del solo MCIC. L'uso combinato dei punteggi può aumentare la capacità di identificare le RP. Il punteggio REVEL potrebbe migliorare questa concordanza

Machine learning techniques for heavy-flavour baryon production measurements at the LHC

Il quark-gluon plasma (QGP) è uno stato della materia previsto dalla cromodinamica quantistica. L’esperimento ALICE a LHC ha tra i suoi obbiettivi principali lo studio della materia fortemente interagente e le proprietà del QGP attraverso collisioni di ioni pesanti ultra-relativistici. Per un’esaustiva comprensione di tali proprietà, le stesse misure effettuate su sistemi collidenti più piccoli (collisioni protone-protone e protone-ione) sono necessarie come riferimento. Le recenti analisi dei dati raccolti ad ALICE hanno mostrato che la nostra comprensione dei meccanismi di adronizzazione di quark pesanti non è completa, perchè i dati ottenuti in collisioni pp e p-Pb non sono riproducibili utilizzando modelli basati sui risultati ottenuti con collisioni e+e− ed ep. Per questo motivo, nuovi modelli teorici e fenomenologici, in grado di riprodurre le misure sperimentali, sono stati proposti. Gli errori associati a queste nuove misure sperimentali al momento non permettono di verificare in maniera chiara la veridicità dei diversi modelli proposti. Nei prossimi anni sarà quindi fondamentale aumentare la precisione di tali misure sperimentali; d’altra parte, stimare il numero delle diverse specie di particelle prodotte in una collisione può essere estremamente complicato. In questa tesi, il numero di barioni Lc prodotti in un campione di dati è stato ottenuto utilizzando delle tecniche di machine learning, in grado di apprendere pattern e imparare a distinguere candidate di segnale da quelle di fondo. Si sono inoltre confrontate tre diverse implementazioni di un algoritmo di Boosted Decision Trees (BDT) e si è utilizzata quella più performante per ricostruire il barione Lc in collisioni pp raccolte dall’esperimento ALICE.

Detection e Classificazione di Jammer in Protocolli Random Access

Con il crescente utilizzo delle reti wireless la sicurezza e l'affidabilità del servizio stanno diventando requisiti fondamentali da garantire. Questo studio ha come obiettivi il rilevamento di un attacco jammer e la classificazione della tipologia dell'attacco (reattivo, random e periodico) in una rete wireless in cui gli utenti comunicano con un access point tramite il protocollo random access slotted Aloha. La classificazione degli attacchi è infatti fondamentale per attuare le dovute contromisure ed evitare cali di performance nella rete. Le metriche estratte, fra cui la packet delivery ratio (PDR) e la rispettiva analisi spettrale, il rapporto segnale rumore medio e la varianza dell'rapporto segnale rumore, sono risultate essere efficaci nella classificazione dei jammers. In questo elaborato è stato implementato un sistema di detection e classificazione di jammer basato su machine learning, che ha permesso di ottenere una accuratezza complessiva del 92.5% nella classificazione ed una probabilità di detection superiore al 95% per valori di PDR inferiori o uguali al 70%.

Modelizzazione spazio-temporale delle dinamiche di uso del suolo ed analisi comparativa di differenti approcci predittivi. Uso integrato di SIG e telerilevamento nello studio dei processi di deforestazione nella regione La Joyanca in Peten, Guatemala

L’uso frequente dei modelli predittivi per l’analisi di sistemi complessi, naturali o artificiali, sta cambiando il tradizionale approccio alle problematiche ambientali e di rischio. Il continuo miglioramento delle capacità di elaborazione dei computer facilita l’utilizzo e la risoluzione di metodi numerici basati su una discretizzazione spazio-temporale che permette una modellizzazione predittiva di sistemi reali complessi, riproducendo l’evoluzione dei loro patterns spaziali ed calcolando il grado di precisione della simulazione. In questa tesi presentiamo una applicazione di differenti metodi predittivi (Geomatico, Reti Neurali, Land Cover Modeler e Dinamica EGO) in un’area test del Petén, Guatemala. Durante gli ultimi decenni questa regione, inclusa nella Riserva di Biosfera Maya, ha conosciuto una rapida crescita demografica ed un’incontrollata pressione sulle sue risorse naturali. L’area test puó essere suddivisa in sotto-regioni caratterizzate da differenti dinamiche di uso del suolo. Comprendere e quantificare queste differenze permette una migliore approssimazione del sistema reale; é inoltre necessario integrare tutti i parametri fisici e socio-economici, per una rappresentazione più completa della complessità dell’impatto antropico. Data l’assenza di informazioni dettagliate sull’area di studio, quasi tutti i dati sono stati ricavati dall’elaborazione di 11 immagini ETM+, TM e SPOT; abbiamo poi realizzato un’analisi multitemporale dei cambi uso del suolo passati e costruito l’input per alimentare i modelli predittivi. I dati del 1998 e 2000 sono stati usati per la fase di calibrazione per simulare i cambiamenti nella copertura terrestre del 2003, scelta come data di riferimento per la validazione dei risultati. Quest’ultima permette di evidenziare le qualità ed i limiti per ogni modello nelle differenti sub-regioni.