Czech Technical University in Prague Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering
15/10/2015
CERN-THESIS-2015-137
DOCTORAL THESIS
Search for B ! µ+ µ Decays with the Full Run I Data of The ATLAS Experiment.
Thesis presented for the degree of Doctor of Philosophy abbreviated to ”Ph.D.”
Praha 2015
Jaroslav Günther
Bibliografický záznam Jméno autora:
Ing. Jaroslav Günther
Vysoká škola:
České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra Fyziky Břehová 7, 115 19 Praha 1
Název práce:
Search for B ! µ+ µ Decays
with the Full Run I Data of The ATLAS Experiment. Studijní program:
Aplikace přírodních věd
Studijní obor:
Jaderné inženýrství
Školitel:
prom.fyz. Václav Vrba, CSc.
Poradci specialisté:
Dr. Alessandro Cerri (UK Sussex), Dr. Sandro Palestini (CERN)
Akademický rok:
2014/2015
Počet stran:
208
Klíčová slova:
Rare B decays, FCNC , New Physics, ATLAS, LHC, CERN
Bibliographic Entry Author:
Ing. Jaroslav Günther
University:
Czech Technical University in Prague Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Department of Physics Břehová 7, 115 19 Praha 1
Title of Dissertation:
Search for B ! µ+ µ Decays
with the Full Run I Data of The ATLAS Experiment.
Degree Programme:
Application of Natural Sciences
Field of Study:
Nuclear Engineering
Supervisor:
prom.fyz. Václav Vrba, CSc.
Advisor specialists:
Dr. Alessandro Cerri (UK Sussex), Dr. Sandro Palestini (CERN)
Academic Year:
2014/2015
Number of Pages:
208
Keywords:
Rare B decays, FCNC , New Physics, ATLAS, LHC, CERN
Abstract Rare Bs and Bd meson decays into two muons are forbidden at the tree level of the Standard Model. They offer the opportunity to perform genuine probes of Yukawa interactions or Electroweak precision tests and play very important role to find signatures of physics beyond the Standard Model. A brief insight into the theoretical foundations of these decays is given in the introductory section, followed by a section with the ATLAS experiment description, none of which is directly a result of author’s own work. The 0 ! µ+ µ decays using merged 2011 ATLAS Collaboration has been searching for B(s) p p s = 7 TeV and 2012 s = 8 TeV Full Run I Data sample (⇡ 25f b 1 ). The analysis 0 ! procedure has been firmly established and unblinding of the search region of B(s)
µ+ µ
is imminent. A sensitivity of the analysis to the Bs0 ! µ+ µ
to be 4.7 ± 1.0 . The description of the whole ATLAS
0 B(s)
!
µ+ µ
signal is estimated
analysis procedure
is given in the third section, where a summary of author’s contributions is described as well. The final three sections describe in great detail explicitly author’s contributions to the analysis and beyond. The algorithm for the rejection of the ATLAS mis-identified hadrons (as muons) has proven to be very useful not only to separate the signal from the 0 ! µ+ µ almost indistinguishable peaking background for the B(s)
analysis, but found
0 ! µ+ µ ) use also in other physics analysis. Secondly, the branching ratio BR(B(s)
measurement on ATLAS is performed with respect to a reference channel decay B ± !
J/ K ± , the yield of which was extracted with a very good accuracy. Finally, as a natural outcome from the reference channel yield extraction, a measurement of (B ± ! J/ ⇡ ± )/ (B ± ! J/ K ± ) has been found competitive with other measurements and 0 ! µ+ µ performed in parallel to the main B(s)
the result of 3.9 ±
0.4stat.
±
1.0syst. %.
analysis on the Full Run I Data with
Abstract Vzácné rozpady Bs a Bd mesonů na dva miony jsou na stromové úrovni Standardního modelu zakázány a probíhají pouze prostřednictvím Feynmanovych diagramů vyšších rádů. Tyto čistě mionové rozpady nabízí teoretické předpovědi s malou neurčitostí, jejichž experimentální ověřování je velmi důležité pro hledání fyziky za Standardním Modelem. Stručný náhled do teorie je podán v prvni kapitole práce, za kterou následuje popis experimentu ATLAS. Tyto kapitoly nejsou úzce spojeny s autorovou vlastní prací. Ko0 ! µ+ µ na sjednocených datech let 2011 ps = 7 laborace ATLAS hledala rozpady B(s) p TeV a 2012 s = 8 TeV (⇡ 25f b 1 ). Celá procedura analýzy byla schválena za konečnou 0 ! µ+ µ a odkrytí signální oblasti dat nastane velmi brzy. Sensitivita hledání B(s)
na
ATLAS detektoru byla vyhodnocena na 4.7 ± 1.0 . Popis všech hlavních kroků ATLAS 0 ! µ+ µ analýzy B(s)
je podán v třetí sekci práce, kde autor také v nekolika podka-
pitolách zmiňuje svůj příspěvek. Poslední tři kapitoly popisují do detailu vlastní práci 0 ! µ+ µ i mimo něj. Metoda pro potlačení ATLAS autora v rámci hledání rozpadů B(s)
detektorem mis-identifikovaných hadronů za miony se ukázala velmi užitečnou, nejen 0 ! µ+ µ k separaci signálu B(s)
od téměř neodlišitelného pozadí B ! hh0 , ale i pro
0 ! µ+ µ ) je měřen na ATLAS detekdalši fyzikálni analýzy. Větvící poměr BR(B(s)
toru vzhledem k referenčnímu rozpadu B ± ! J/ K ± , jehož výtěžek z dat byl změřen s dobrou přesností. Nakonec, jako přirozeně paralelní měření fitu výtěžku B ± ! J/ K ± bylo naměřeno (B ± ! J/ ⇡ ± )/ (B ± ! J/ K ± ) = 3.9 ± 0.4stat. ± 1.0syst. %.
