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Supersymmetry with multijet events at CMS : an experimental strategy


Rommerskirchen, Tanja. Supersymmetry with multijet events at CMS : an experimental strategy. 2010, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

In 2010 the LHC has started to collide protons with center-of-mass energies of 7 TeV and 10 TeV will be reached in the coming years. These high energies allow to search for new phenomena beyond the current experimental limits. In this thesis a search strategy for a missing energy signature compatible with cold dark matter is presented, using event topologies with exactly 2 to 6 hadronic jets. Missing energy signatures are predicted by many models beyond the Standard Model, e.g. R-parity conserving Supersymmetry. The missing energy is due to high momenta particles which do not, or only very weakly, interact with the detector material and are therefore not detected. This undetected particles lead to typical distributions of the relative momenta and the angular distance of jets. Four kinematic variables are introduced in this thesis which exploit jet kinematics to discriminate against the dominant background from QCD multi-jet events. The variables are compared in terms of their signal sensitivity but also their robustness against systematic uncertainties. The main emphasis of this approach is on developing a robust analysis technique that is suited to the early collision data at the LHC. The expected event yields are reported for selected low mass SUSY parameter sets and the Standard Model backgrounds for a data sample of 100 pb−1 at a center-of-mass energy of 10 TeV. A discovery of SUSY with the LM1 mSuGra parameter-set would be possible with an integrated luminosity of L = 39+21 +31 pb−1 for dijet events and with L = 25 + 19+6 pb−1 −10 −20 −4 for events with more jets. Taking into account the current center-of-mass energy of the LHC of 7 TeV the corresponding luminosities could be reached in less than a year. In future tagging b-quarks with the CMS pixel detector will become important for SUSY and other searches. Therefore pixel detector measurements made with data from cosmic muon showers are compared to the predictions of Monte Carlo simulations.



1 Im Jahr 2010 hat der LHC damit begonnen, Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV kollidieren zu lassen, 10 TeV sollen in den kommenden Jahren erreicht werden. Diese hohen Energien erlauben die Suche nach neuen Phänomenen jenseits der heutigen exper- imentellen Ausschlussgrenzen. In dieser Doktorarbeit wird eine Strategie zur Suche nach Ereignissen mit fehlender transversaler Energie, der Signatur von kalter dunkler Materie, entwickelt. Ereignisse mit fehlender transversaler Energie werden von vielen Modellen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik vorhergesagt, z.B. R-Paritäts erhaltende Supersymmetrie (SUSY). Die fehlende Energie in der Messung stammt dabei von hoch- energetischen Teilchen die nicht, oder nur schwach, mit dem Detektor interagieren. Es resultieren daraus typische Verteilungen der relativen Impulse und Winkelabstände von Jets. Vier Variablen, die die Kinematik von Jets nutzen um den dominanten Untergrund durch QCD Vieljetereignisse zu unterdrücken, werden in dieser Doktorabeit eingeführt. Die Variablen werden in Bezug auf ihre Signalsensitivität aber auch ihrer Robustheit gegen systematische Unsicherheiten verglichen. Das Hauptaugenmerk dieses Ansatz ist die En- twicklung einer robusten Technik die sich für die Analyse der ersten Kollisionsdaten des LHC eignet. Die erwartete Anzahl von selektierten Ereignissen, bei einer integrierten Luminosität von 100 pb−1 und einer Schwerpunktsenergie von 10 TeV, wird für eine Auswahl von SUSY Pa- rametersätzen und Standardmodell Untergründen angegeben. Eine Entdeckung von SUSY, falls es mit dem LM1 mSuGra Parametersatz realisiert ist, sollte mit einer integrierten Lu- minosität von L = 39+21 +31 pb−1 für Ereignisse mit zwei Jets und mit L = 25 + 19+6 pb−1 −10 −20 −4 für Ereignisse mit mehr Jets möglich sein. Wird die tatsächliche aktuelle Schwerpunkt- senergie des LHC von 7 TeV in Betracht genommen, sollten die nötigen Luminositäten in weniger als einem Jahr erreichbar sein. In der Zukunft wird das "taggen" von b-quarks wichtig werden, für SUSY Suchen aber auch für andere Analysen. Aus diesem Grund werden Pixeldetektormessungen für kosmische Muonen mit den Vorhersagen durch Monte Carlo Simulationen verglichen.



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Abstract

In 2010 the LHC has started to collide protons with center-of-mass energies of 7 TeV and 10 TeV will be reached in the coming years. These high energies allow to search for new phenomena beyond the current experimental limits. In this thesis a search strategy for a missing energy signature compatible with cold dark matter is presented, using event topologies with exactly 2 to 6 hadronic jets. Missing energy signatures are predicted by many models beyond the Standard Model, e.g. R-parity conserving Supersymmetry. The missing energy is due to high momenta particles which do not, or only very weakly, interact with the detector material and are therefore not detected. This undetected particles lead to typical distributions of the relative momenta and the angular distance of jets. Four kinematic variables are introduced in this thesis which exploit jet kinematics to discriminate against the dominant background from QCD multi-jet events. The variables are compared in terms of their signal sensitivity but also their robustness against systematic uncertainties. The main emphasis of this approach is on developing a robust analysis technique that is suited to the early collision data at the LHC. The expected event yields are reported for selected low mass SUSY parameter sets and the Standard Model backgrounds for a data sample of 100 pb−1 at a center-of-mass energy of 10 TeV. A discovery of SUSY with the LM1 mSuGra parameter-set would be possible with an integrated luminosity of L = 39+21 +31 pb−1 for dijet events and with L = 25 + 19+6 pb−1 −10 −20 −4 for events with more jets. Taking into account the current center-of-mass energy of the LHC of 7 TeV the corresponding luminosities could be reached in less than a year. In future tagging b-quarks with the CMS pixel detector will become important for SUSY and other searches. Therefore pixel detector measurements made with data from cosmic muon showers are compared to the predictions of Monte Carlo simulations.



1 Im Jahr 2010 hat der LHC damit begonnen, Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV kollidieren zu lassen, 10 TeV sollen in den kommenden Jahren erreicht werden. Diese hohen Energien erlauben die Suche nach neuen Phänomenen jenseits der heutigen exper- imentellen Ausschlussgrenzen. In dieser Doktorarbeit wird eine Strategie zur Suche nach Ereignissen mit fehlender transversaler Energie, der Signatur von kalter dunkler Materie, entwickelt. Ereignisse mit fehlender transversaler Energie werden von vielen Modellen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik vorhergesagt, z.B. R-Paritäts erhaltende Supersymmetrie (SUSY). Die fehlende Energie in der Messung stammt dabei von hoch- energetischen Teilchen die nicht, oder nur schwach, mit dem Detektor interagieren. Es resultieren daraus typische Verteilungen der relativen Impulse und Winkelabstände von Jets. Vier Variablen, die die Kinematik von Jets nutzen um den dominanten Untergrund durch QCD Vieljetereignisse zu unterdrücken, werden in dieser Doktorabeit eingeführt. Die Variablen werden in Bezug auf ihre Signalsensitivität aber auch ihrer Robustheit gegen systematische Unsicherheiten verglichen. Das Hauptaugenmerk dieses Ansatz ist die En- twicklung einer robusten Technik die sich für die Analyse der ersten Kollisionsdaten des LHC eignet. Die erwartete Anzahl von selektierten Ereignissen, bei einer integrierten Luminosität von 100 pb−1 und einer Schwerpunktsenergie von 10 TeV, wird für eine Auswahl von SUSY Pa- rametersätzen und Standardmodell Untergründen angegeben. Eine Entdeckung von SUSY, falls es mit dem LM1 mSuGra Parametersatz realisiert ist, sollte mit einer integrierten Lu- minosität von L = 39+21 +31 pb−1 für Ereignisse mit zwei Jets und mit L = 25 + 19+6 pb−1 −10 −20 −4 für Ereignisse mit mehr Jets möglich sein. Wird die tatsächliche aktuelle Schwerpunkt- senergie des LHC von 7 TeV in Betracht genommen, sollten die nötigen Luminositäten in weniger als einem Jahr erreichbar sein. In der Zukunft wird das "taggen" von b-quarks wichtig werden, für SUSY Suchen aber auch für andere Analysen. Aus diesem Grund werden Pixeldetektormessungen für kosmische Muonen mit den Vorhersagen durch Monte Carlo Simulationen verglichen.



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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Amsler Claude, Chiochia V
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:530 Physics
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2010
Deposited On:14 Feb 2011 16:16
Last Modified:24 Sep 2019 17:24
Number of Pages:104
Additional Information:Supersymmetry with multijet events at CMS : an experimental strategy / von Tanja Rommerskirchen. - Zürich, 2010
OA Status:Green
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