Fisica del singolo quark top a CMS
Giovanni Petrucciani
Relatore prof. Lorenzo Fo`
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Riassunto
Questo lavoro `e dedicato alla ricerca e allo studio della produzione di singolo quark top a CMS: anche se questa particella `e stata scoperta al Tevatron pi`u di dieci anni fa, attualmente esistono solo misure della produzione in coppie (t¯t). Una misura della produzione diretta di singolo top per via elettrodebole `
e importante per verificare la nostra conoscenza attuale del Modello Standard, porre limiti all’esistenza di una quarta generazione di fermioni controllando l’u-nitariet`a della matrice di mixing VCKM, e misurare la polarizzazione del top;
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e inoltre necessaria per poter esaminare altri canali di fisica per cui il single top costituisce un fondo importante come H → W W → ` ν ` ν e le ricerche di bosoni di Higgs carichi, quali quelli presenti nei modelli supersimmetrici.
Nella prima parte sar`a fornito un quadro sintetico della teoria iniziando dai fondamenti del Modello Standard, la teoria che riassume la nostra attuale co-noscenza delle particelle elementari. Verranno anche riassunte le importanti nozioni di densit`a di probabilit`a partoniche, necessarie per interpretare le sezio-ni d’urto a LHC e Tevatron in termisezio-ni delle interaziosezio-ni elementari fra partosezio-ni (quark e gluoni), gli effetti radiativi e l’adronizzazione che porta alla produzione dei jet. L’introduzione teorica sar`a completata riassumendo la fenomenologia specifica del quark top, con particolare riferimento alla produzione elettrodebole di singolo top.
Nella seconda parte, dopo una rapida descrizione del collider LHC in prepa-razione al CERN di Ginevra, sar`a descritto l’esperimento CMS, volto a esplora-re completamente la fisica delle particelle fino alla scala del TeV: sar`a dato un quadro generale di tutte le parti del rivelatore (tracciatore al silicio, calorimetri, camere per i muoni), degli algoritmi di ricostruzione per le tracce, i vertici e gli “oggetti finali” come elettroni, muoni e jet, e del funzionamento del trigger; maggiore spazio sar`a dato a quelle componenti che entreranno pi`u direttamente nell’analisi del singolo quark top.
Sar`a fatta anche una breve digressione su alcuni aspetti specifici della costru-zione e del test del tracciatore interno, realizzato in parte nei laboratori INFN di Pisa e di cui ho avuto un’esperienza diretta.
La terza parte sar`a dedicata specificamente alla ricerche di singolo quark top. Dopo aver presentato i risultati recenti dell’esperimento CDF a Tevatron, si introdurranno alcuni concetti e strumenti che saranno utili per le ricerche di
singolo top in tutti e tre i canali d’interesse per CMS, che saranno poi trat-tati nel dettaglio: t-channel (qb → tq0), caratterizzato da una sezione d’urto pi`u grande e un segnale visibile anche con una luminosit`a integrata di 1 fb−1 e che sar`a probabilmente osservato a Tevatron nei prossimi anni; produzione associata tW (qg → tW ), pi`u difficile da separare dal fondo e invisibile a Te-vatron a causa di una minore sezione d’urto, ma alla portata di un anno di LHC (10 fb−1); s-channel (qq0 → t¯b), per il quale esistono predizioni teoriche assai precise ma caratterizzato da una sezione d’urto estremamente ridotta e che quindi rappresenter`a una sfida difficile anche a LHC.
Le analisi dei tre canali che saranno pubblicate nel Physics Technical Desi-gn Report di CMS sono state portate avanti abbastanza indipendentemente da tre gruppi di ricerca all’interno di CMS, e ho avuto modo di contribuire per-sonalmente all’analisi del canale tW . In questo lavoro di tesi si rivisiteranno tutti e tre i canali cercando di riprodurre, e se possibile anche migliorare, in parte i risultati precedenti trattando gli elementi comuni dei tre canali in modo uniforme e sfruttando su tutti e tre le conoscenze e gli strumenti trovati singo-larmente in ciascuna delle analisi, o anche in altre analisi simili quali lo studio della produzione di coppie t¯t e le ricerche di H → W W .
