Search for Excited Leptons in ll𝛾 Final State with Full Run II Data of the CMS Experiment
CMS 실험에서의 ll*→ll𝛾로 붕괴하는 여기된 랩톤 탐색
- 주제(키워드) 도움말 cms , excited lepton
- 발행기관 경북대학교 대학원
- 지도교수 도움말 Sehwook Lee
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 물리학과
- 세부전공 High Energy Physics
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 xv, 198 p.
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/knu/000000106537
- UCI I804:22001-000000106537
- 본문언어 영어
- 참고문헌 p.190-197
- 저작권 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약 도움말
This thesis describes a search for excited electrons and muons using data col- lected by the CMS detector in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. Excited leptons are predicted by compositeness models beyond the stan- dard model (SM) that quarks and leptons consist of unknown fundamental con- stituents never observed yet. Excited leptons are dominantly produced via contact interaction at proton-proton collider and decaying to a SM lepton and a photon are considered, which gives a final state of two same-flavor leptons and a photon. In the 2017+2018 data analysis, the three-body invariant mass of the two same- flavor leptons and an energetic photon is used as the search variable, and the signal extraction using unbinned maximum-likelihood fits on three-body invariant mass is used. The background is estimated directly from fits to data. For full run 2 results, the 2017+2018 data analysis with updated search strategy is statistically combined with the published result with 2016 data analysis. The upper limits at 95% confidence level on the cross sections of excited elec- trons and excited muons and corresponding lower limits on the compositeness scale 𝜦, as a function of the excited lepton mass, are set.
more초록/요약 도움말
유럽 입자물리 연구소의 강입자가속기에 있는 검출기 중 하나인 CMS 실험에서 획득한 데이터를 분석하여, 여기된 경입자(excited lepton)를 탐색하였다. 표준모형은 현재까지 물질의 구성요소와 이들의 상호작용을 잘 설명하는 이론이지만, 아직 설명하지 못하는 문제들이 남아있다. 표준모형이 설명하지 못하는 문제들 중 하나인, 페르미온의 세대 수 및 질량 계층문제를 해결하기 위한 시도 중 하나로, 쿼크와 경입자가 기본입자가 아니라, 더 기본적인 입자들로 구성된 속박 상태로 가정하는 것이다. 여기된 경입자의 존재는 경입자가 경입자로 구성된 속박 상태를 갖는다는 복합성(compositeness) 모델에 의해 제시되며, 데이터 분석을 통해 여기된 경입자의 존재에 대한 증거를 찾는다. 이전의 다양한 가속기 실험에서 획득한 데이터로는 여기된 경입자가 존재한다는 증거를 찾지 못했고, 여기된 경입자의 생성 단면적과 질량에 대한 한계 질량은 계속 갱신되어왔다. CMS 실험에서 획득한 13 TeV 의 질량중심 에너지를 갖는 데이터를 이용하여, 여기된 경입자가 경입자와 쌍으로 생성된 후, 여기된 경입자가 경입자와 광자로 붕괴하여, 최종상태가 두 개의 경입자와 하나의 광자로 이루어진 채널을 연구한다. 2017 년, 2018 년 신호와 배경사건 시뮬레이션 샘플들을 가지고, 두 개의 경입자와 높은 에너지의 광자 하나를 갖는 사건들을 선별하였다. 여기된 경입자의 예상 질량이 높아지면서, 높은 질량 영역에서 신호와 배경사건을 잘 구분하기 위한 새로운 탐색변수를 도입하여, 배경사건을 추정하기 위해 데이터 기반의 측정방법을 사용하였다. 배경사건 추정 과정에서 발생할 수 있는 편향에 대해 연구하였고, 계통 오차(systematic uncertainty)를 계산하여 여기된 경입자의 생성 단면적과 질량에 대한 한계 질량을 계산한다. 출판된 2016 년 데이터 분석 결과와 통계적으로 결합하여, 137.1 fb–1 에서의 한계 질량과 복합 규모에 관한 관측 하한을 계산한다.
more목차 도움말
1 Introduction 1
2 Theoretical Motivation 4
2.1 The Standard Model . 4
2.2 Compositeness and Excited Leptons . 8
3 Experimental Setup 14
3.1 The Large Hadron Collider 14
3.1.1 Luminosity 16
3.1.2 The LHC Operation 17
3.2 The CMS Experiment 18
3.2.1 General Coordinate System . 19
3.2.2 Silicon Trackers 20
3.2.3 Electromagnetic Calorimeter 22
3.2.4 Hadron Calorimeter 24
3.2.5 Muon Spectrometer 26
3.2.6 Trigger and Data Acquisition System 29
4 Analysis Strategy 32
5 Data and Simulated Samples 34
5.1 Data . 34
5.2 Signal Sample . 36
5.3 Background Sample . 39
6 Object Reconstruction and Selection 41
6.1 Reconstruction and Identification of Particle Objects 41
6.1.1 Electron 41
6.1.2 Photon . 42
6.1.3 Muon 43
6.2 Event Selection . 43
6.2.1 MET Filter 43
6.2.2 Trigger . 44
6.2.3 Lepton Selection . 45
6.2.4 Photon Selection . 45
6.2.5 Event Selection 49
6.2.6 Background Control Plot 51
6.2.7 Signal Kinematics . 63
7 Signal Modeling 68
7.1 Signal Selection Efficiency 68
7.2 Signal Shape Fit 70
8 Background Modeling 78
8.1 Background Shape Fit 78
8.2 Bias Estimation . 87
8.2.1 Envelope Method . 94
9 Systematic Uncertainties 95
9.1 Background Systematic Uncertainties 95
9.2 Signal Systematic Uncertainties 96
9.2.1 Uncertainty in PDF 99
9.2.2 Uncertainty in Pileup 107
9.2.3 Uncertainty in L1 Trigger Prefiring Weight . 109
9.2.4 Uncertainty in Electron and Photon Energy Scale and Res-
olution . 111
9.2.5 Uncertainty in Muon Momentum Scale and Resolution 119
9.3 Impact of the Systematic Uncertainties 129
10 Results 131
10.1 Exclusion Limit . 131
10.1.1 Combined Limits . 133
11 Conclusion 136
A Comparison with Updated Strategy 137
A.1 Combined Limit Study for Full Run2 140
B Scale Factor Calculation 145
B.0.1 Muon Trigger Scale Factor 145
B.0.2 Electron Trigger Scale Factor 149
B.0.3 High-pT Photon ID Scale Factor and Systematic Uncertainty 155
C Signal Sample Generation 158
C.1 Recipe for Signal Sample . 158
C.1.1 Fragment File for Signal Sample Generation 158
C.1.2 CMS Driver Command . 163
C.2 Official Sample Comparing with Private Samples 165
D HL-LHC Study 180
D.1 Introduction 180
D.2 Simulated Samples and Event Selection 181
D.3 Background and Signal Modeling 182
D.4 Systematic Uncertainties . 183
D.5 Results and Interpretations 184
D.6 Summary . 186
E Detector R&D 187
E.1 Silicon Sensor R&D (2014–present) . 187
E.1.1 Contributed to a Silicon Vertex Detector (SVD) for the Belle
II Experiment (2015) 188
E.1.2 Silicon Sensor R&D for Lunar Vehicle Radiation Dosime-
ter Project (2021–2022) 188
E.2 Calorimeter R&D (2016–present) 188
E.3 Detector R&D for Monopole Experiment (2021–2022) 189
