И зучение многопартонных взаимодействий в событиях с Z

И
зучение многопартонных взаимодействий
в событиях с Z-бозоном в эксперименте ATLAS
(ИФВЭ).
Знание свойств многопартонных взаимодействий (рис. ??.1), т.е. процессов в
которых происходит два и более жёстких соударения, важно для измерения
многих процессов, где многопартонные взаимодействия будут источником фона.
Например, процесс рождения двух пар bbbar может быть источником фона для
поиска Хиггсовского бозона.
Многопартонные взаимодействия являются важной компонентой так называемого
“Underlying Event” (UE) – части всего событий за исключением продуктов жесткого
взаимодействия партонов. Образование мини-струй в многопартонных
взаимодействиях будет приводить к ухудшению эффективностей выделения
лептонов из-за увеличения адронной активности вокруг них. Для прецизионных
измерений сечений образования Z и W бозонов очень важно точное знание
эффективностей идентификации лептонов, достигнутое в эксперименте.
Рис. ??.1.
Многопартонные взаимодействия, т.е. процессы, в которых происходит два и более
жёстких соударения. Одной из реакций, где можно изучать UE в целом и компоненту,
связанную с многопартонными взаимодействиями, является процесс образования Zбозона в сопровождении струй. Одним из методов определения UE является
топологический метод, заключающийся в том, что вся область делится на три зоны по
азимутальному углу с раскрытием 60 градусов относительно направления движения
векторного бозона рис ??.2. В каждой из этих областей независимо изучается адронная
активность (множественность заряженных частиц, скалярная сумма поперечных
импульсов заряженных частиц, образовавшихся в этой зоне).
Рис. ??.2. Деление области события на три зоны по азимутальному углу с
раскрытием 60 градусов относительно направления движения Z бозона в
топологическом методе анализа события.
В зоне, противоположной направлению движения векторного бозона, естественно
ожидать увеличение адронной активности, связанное с наличием струи отдачи,
которая балансирует поперечный импульс бозона. В поперечной и попутной Z-бозону
областях адронная активность должна быть меньше, и именно она характеризует
свойства UE (рис. ??.4а,б). Множественность заряженных частиц и скалярная сумма
поперечных импульсов заряженных частиц, образовавшихся в этой зоне являются
очень чувствительными характеристиками UE.
Для решения задачи отбирались события с двумя противоположно заряженными
мюонами с Pt > 20 ГэВ, удовлетворяющими стандартным для АТЛАС требованиям к
качеству реконструкции и имеющими общую вершину, лежащую в области
пересечения пучков. В эксперименте АТЛАС используются несколько вариантов
выделения мюонов. Были проанализированы различные варианты, определены
зависимости эффективностей идентификации мюонов от кинематических переменных
и чистота полученных образцов. Источниками мюонов могут быть как векторные
бозоны (W и Z), так и полулептонные распады b- и c-адронов. Вклад от b- и c-адронов
можно значительно подавить, если ввести ограничения на изолированность лептона.
Для этого рассматриваются следующие характеристики – число частиц в конусе
определённого размера и их суммарный поперечный импульс. Вклад от b- и c-адронов
характеризуются большими значениями этих переменных из-за вклада других
продуктов распада.
Данные 2011 года характеризуются большим средним числом регистрируемых
взаимодействий протон-протон, ~5 в расчете на одно пересечение пучков. Для
подавления вклада соседних взаимодействий в множественности адронов, измеряемые
в Z-вершине, применена процедура статистического вычитания этих вкладов. Таким
образом, анализ UE в Z событиях доказывает возможность изучать ``мягкую'' физику в
условиях высокой светимости.
Рис. ??.4a. Распределение по скалярной сумме поперечных импульсов
заряженных частиц (справа) и плотности множественности заряженных треков
(слева) в зависимости от поперечного импульса Z бозона в поперечной области.
Рис. ??.4б. Распределение по скалярной сумме поперечных импульсов
заряженных частиц (справа) и плотности множественности заряженных треков
(слева) в зависимости от поперечного импульса Z бозона в сопутствующей Z области.