Исследование возможности регистрации редких лептонных, полулептонных и радиационных распадов В-мезонов на детекторе ATLAS ускорителя LHC

• Автор: Томс, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

1 Теоретическое описание редких распадов В-мезонов

1.1 Эффективный гамильтониан переходов Ъ —» d, s в СМ и ее расширениях

1.2 Редкие мюонные распады В-мезонов

1.3 Распады В°3 —>

1.4 Распады B% s —» д+д

1.4.1 Переходы с излучением реального фотона валентными кварками В°-мезона

1.4.2 Переходы с излучением виртуального фотона валентными кварками В“-мезона

1.4.3 Слабая аннигиляция

1.4.4 Тормозное излучение

1.4.5 Численные результаты

2 Моделирование редких распадов В-мезонов для установки ATLAS

2.1 Детектор ATLAS
2.2 Программное обеспечение коллаборации ATLAS, пакет Athena
2.3 Процедура моделирования редких распадов В-мсзонов
3 Результаты моделирования редких распадов В-мезонов для установки
ATLAS
3.1 Распад В° —» д+д~

3.1.1 Мотивация регистрации редких мюонных распадов В-мезонов на установке ATLAS
3.1.2 Исследование характеристик распадов Bds —► д+д_ в рамках DC1
3.1.3 Детектирование редких лептонных распадов В-мезонов на установке ATLAS во время работы LHC при низкой светимости по данным "Rome Production"
3.2 Детектирование распадов B°d —► К*ц+ц~ и В° —» фц+ц~ на установке ATLAS во время работы LHC при низкой светимости по данным "Rome Production"
3.2.1 Матричные элементы для распадов В-мезонов в Pythia
3.2.2 Структура теоретического матричного элемента для PythiaB
3.2.3 Физический анализ распадов Bd —+ К*и Д° —» Ф/В/Г и полученные результаты
3.2.4 Результаты моделирования для распадов В° —» К*°ц+ц~ и В° —» ф^+ц~
3.3 Фоновые процессы для редких мюонных распадов на установке ATLAS
3.3.1 Распады В0,± —» 7г0,±д+д_ как фоновые к распадам В° 3 —* д+д~
3.3.2 Четырехлептонные распады В+- и В+-мезонов как фоновые к распадам В°>s —> д+д~
3.3.3 Четырехлептонные распады B°s- мезонов как фоновые к распадам
Bd,3 -»
3.3.4 Двухчастичные адронные распады В-мезонов как фоновые к распадам B£s -» ц+цг
3.3.5 Неправильная идентификация и поток ложных событий
3.3.6 Распады Bds —» д+д~7 как фоновые к распадам Bda —* fi+fi~
3.3.7 Выводы
Заключение
Список литературы

Стандартная Модель (далее СМ) это минимальная модель, описывающая всю совокупность экспериментальных данных в области физики элементарных частиц. СМ включает в себя две независимые части: модель электрослабых взаимодействий Глэшоу-Вайибсрга-Салама с одним дублетом хиггсовских бозонов и пертурбативную теорию сильных взаимодействий - квантовую хромодинамику (КХД).
Предсказания СМ проверены с высокой точностью для квантовой электродинамики (точность порядка Ю-8), и с удоволетворителыюй точностью для КХД (точность порядка 10-15%). Одиако СМ имеет ряд особенностей, которые не позволяют принять ее как окончательную модель частиц и взаимодействий:

1) СМ содержит больше двадцати свободных параметров: константы взаимодействий,
массы частиц, вакуумное среднее поля Хиггса, элементы матрицы смешивания кварковых токов Кабиббо-Кобаяши-Маскава, параметры нейтринных осцилляций, и др. Численное определение этих параметров возможно только из экспериментальных данных.
2) До настоящего времени экспериментально не подтверждено существование бозона
Хиггса - частицы, отвечающей за механизм спонтанного нарушения калибровочной симметрии и генерацию масс частиц в СМ. Данные, полученные пять лет назад на ускорителе ЬЕР, позволяют считать, что бозон Хиггса в СМ имеет массу более 115 ГэВ.
3) В рамках СМ удалось объединить только два из четырех фундаментальных взаимодействий: электромагнитное и слабое. Сильное взаимодействие рассматривается в СМ как независимое, а гравитационное вообще не принимается во внимание.

ГлЭ<В9)
Результаты моделирования редких распадов Б-мезонов для установки ATLAS.
3.1 Распад ВJ —> д+д
3.1.1 Мотивация регистрации редких мюонных распадов 5-мезонов на установке ATLAS
Парциальные ширины редких мюонных распадов В-мезонов в рамках СМ предсказываются на уровне Вг(В° —> д+д~) ~ 10-9 и Вг(В° —> д+д~) ~ Ю~10 (см. Таблицу 3.1) с суммарной теоретической неопределенностью порядка 15% - 20% для В° и с гораздо бблыней для В$ (см. раздел 1.2). Изучение этих распадов на установке ATLAS имеет как теоретическую, так и экспериментальную мотивацию.
С теоретической точки зрения, предсказания для данных каналов в рамках СМ имеют наименьшую возможную ошибку в оценке непертурбативного вклада от сильных взаимодействий (см. раздел 1.2). Кроме того, ожидается, что парциальные ширины распадов B°s —> ц+ц“ могут быть чрезвычайно чувствительными к определенным расширениям СМ. Так, для Минимальной суперсимметричной модели (MSSM) с большими значениями