Studium difrakčních procesů na LHC

  • Vedoucí práce / Supervisor: Mgr. Marek Taševský, Ph.D.
  • Pracoviště / Workplace: Fyzikální ústav AV ČR
  • Kontakt / Contact: tasevsky@fzu.cz
Název anglicky / Title English: Study of diffraction processes at LHC
 
Osnova / Outline: 

Difrakční procesy tvoří pozadí k většině studovaných procesů na LHC, nicméně jsou zajímavé i samy o sobě, tedy jakožto signál. Ty je možno vybrat pomocí dvou základních vlastností, a to prázdné oblasti v detektoru bez zjevné aktivity a pak také pomocí detekce protonů, jež ze srážky vycházejí neporušené a pod velmi malým úhlem k původním protonům. Ve zvláštní podmnožině difrakčních procesů, v tzv. exkluzivních procesech, je možno hledat i signály Nové Fyziky, a to pomocí hledání kandidátů na Temnou hmotu, či studiem vlastnosti Higgsova bosonu. Cílem práce je prohloubit si znalosti o difrakčních procesech, a to pomocí umělých i reálných dat. Student se pokusí popsat opublikovaná data pomocí existujících generátorů umělých případů, ale také se seznámí s experimentální procedurou výběru difrakce  v experimentu ATLAS, a to s využitím jednak centrálního detektoru, jednak dopředného detektoru protonů. Předpokládají se krátkodobé pobyty v CERN, či ve spolupracujících institucích.

Osnova:
1. Srovnat předpovědi generátoru PYTHIA 8.2 pro různá nastavení parametrů s publikovanými daty experimentu ATLAS pro difrakční případy se dvěma jety.
2. Seznámit se s detektorem dopředných protonů AFP v experimentu ATLAS 
3. Seznámit se se softwarovým rámcem v kolaboraci ATLAS pro práci na datech nabraných detektorem AFP a zapojit se do aktivit české skupiny v pracovní skupině ALFA-AFP diffraction v experimentu ATLAS. 
4. Seznámit se s výpočetním systémem GRID a aktivně jej používat.
5. Práce s reálnými daty: vytvořit rozdělení základních vlastností případů se zadetekovaným protonem v detektoru AFP, jako jsou vlastnosti  tohoto protonu (čtyř-impuls, frakce tohoto čtyř-impulsu nesená Pomeronem, …) a systému v centrálním detektoru (čtyř-impuls, hmota, multiplicita částic a čtyř-impuls jetů).

Literatura / reference: 

[1] M. Diehl a M. Arneodo, Diffraction for non-believers, arXiv: hep-ph/0511047.
[2] G. Aad et al. (ATLAS Collab.): Dijet production in cm energy = 7 TeV pp collisions with large rapidity gaps at the ATLAS experiment, Phys. Lett. B754, 214 (2016).
[3] C. O. Rasmussen and T. Sjöstrand: Hard Diffraction with Dynamic Gap Survival, JHEP 1602, 142 (2016).
[4] I. Helenius, J. R. Christiansen and C. O. Rasmussen: Recent PYTHA 8 developments: Hard diffraction, Colour reconnection and gamma-gamma collisions, arXiv:1604.07996 [hep-ph].
[5] L. Adamczyk et al.: Technical design report for the ATLAS Forward proton detector, 2015, ATLAS-TDR-024-2015.

Studium exkluzivních procesů na LHC

  • Vedoucí práce / Supervisor: Mgr. Marek Taševský, Ph.D.
  • Pracoviště / Workplace: Fyzikální ústav AV ČR
  • Kontakt / Contact: tasevsky@fzu.cz
Název anglicky / Title English: Study of exclusive processes at LHC
Osnova / Outline: 

Výhodou exkluzivních procesů je jejich jednoduchá experimentální signatura, spočívající v hledání prázdné oblasti kolem centrálního produkčního vrcholu a detekce neporušeného protonu ve speciálních dopředných detektorech. Koncový stav je pak dále doplněn o systém zadetekovaný v centrálním detektoru. Teoreticky velmi zajímavými jsou procesy tvorby jetů, či Higgsova bosonu nebo kandidátů Temné hmoty. Cílem práce je hledání systému dijetů (případně dileptonů jakožto kandidáta na Temnou hmotu) v takovýchto procesech s pomocí dat experimentu ATLAS na urychlovači LHC v CERN, kde oba srážející se protony jsou zadetekovány v dopředném detektoru AFP. Součástí práce je také aktivní zapojení studenta do fenomenologických studií (například vývoj generátoru umělých případů) ve spolupráci s významnými teoretiky. Předpokládají se krátkodobé i dlouhodobé pobyty v CERN, či ve spolupracujících institucích a prezentace vlastních výsledků
na mezinárodních konferencích.

Osnova:
1. V rámci kvalifikačního úkolu přispět k pochopení detektoru dopředných protonů AFP v experimentu ATLAS 
2. Seznámit se se softwarovým rámcem v kolaboraci ATLAS pro práci na datech nabraných detektorem AFP a zapojit se do aktivit české skupiny
v pracovní skupině ALFA-AFP diffraction v experimentu ATLAS. 
3. Seznámit se s výpočetním systémem GRID a aktivně jej používat.
4. Dovést experimentální studii do úplné publikace za kolaboraci ATLAS
5. Zúčastnit se fenomenologických studií souvisejících s tématem exkluzivních procesů vedoucích k samostatným publikacím

Literatura / reference: 

[1] M. Diehl a M. Arneodo, Diffraction for non-believers, arXiv: hep-ph/0511047.
[2] L. Harland-Lang et al., Central exclusive production within the Durham model: a review, Int.J.Mod.Phys. A29 (2014) 1430031.
[3] CMS Collab., Observation of proton-tagged, central (semi)exclusive production of high-mass lepton pairs in pp collisions at 13 TeV 
with the CMS-TOTEM precision proton spectrometer, JHEP 1807 (2018) 153.
[4] I. Helenius, J. R. Christiansen and C. O. Rasmussen: Recent PYTHA 8 developments: Hard diffraction, Colour reconnection and gamma-gamma collisions, arXiv:1604.07996 [hep-ph].
[5] L. Adamczyk et al.: Technical design report for the ATLAS Forward proton detector, 2015, ATLAS-TDR-024-2015.

Photonem indukovaná produkce dibozonů na LHC

  • Vedoucí práce / Supervisor: Mgr. Oldřich Kepka, Ph.D.
  • Pracoviště / Workplace: Fyzikální ústav, AV ČR
  • Kontakt / Contact: oldrich.kepka@cern.ch
Název anglicky / Title English: Photon-induced diboson production at the LHC
Osnova / Outline: 

LHC lze efektivně využít jako foton-fotonový srážeč. Studiem produkce WW, ZZ nebo dvou fotonů v těchto vzácných fotonem indukovaných procesech lze dosáhnout velmi přesného určení vazbových konstant interakce intermediálních bozonů. Jde zejména o kvartické vazby charakterizující interakce čtyř intermediálních bozonů, jež zatím nejsou v rámci standardního modelu prozkoumány s adekvátní přesností, a jejich měření může odhalit náznak nové fyziky. Data nabraná detektorem ATLAS z Run2 (2015-2018) umožní výrazným způsobem zpřesnit naši znalost těchto vazeb.

Kandidát/kandidátka se zapojí do skupiny na fyzikálním ústavu pracující v současné době na měření produkce WW, do něhož by měl přspět jako hlavní analyzátor. Jeho/jejím úkolem bude změřit diferenciální účinné průřezy, provést opravu dat o vliv detektoru (unfolding) a zabývat se interpretací měření v rámci tzv. Effective-Field-Theories (EFT), modelů nové fyziky. K exktrakci přesných limitů na anomální vazby bude potřeba do fitování zahrnout i další měření (například H->WW, produkce Higgsova bozonu rozpadajícího se na dva bozony W) a tedy vyvinout fitovací framework (v rámci RooStat,HistFactory), který toto umožní. Téma je možné podle potřeby rozšířit i na další finalní stavy (ZZ, gamma gamma).

Literatura / reference: 

Nechanský F., Exclusive photon-induced production at the LHC accelerator, diplomová práce CVUT, https://physics.fjfi.cvut.cz/publications/ejcf/dp_ejcf_17_nechansky.pdf 
ATLAS Collaboration, https://arxiv.org/abs/1607.03745
ATLAS Collaboration, https://arxiv.org/abs/1904.03536