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Proposte di tesi di Laurea Magistrale

Studio del Vector Boson Scattering e ricerca di nuova fisica nel canale pp → W-W-(W+W+) e due jet

Il processo di scattering di due bosoni vettori (VBS) è una delle caratteristiche chiave della rottura spontanea di simmetria nel Modello Standard, (MS) ed è legato alla natura del bosone di Higgs. Nel MS i suoi accoppiamenti sono tali da annullare la divergenza nei processi di VBS al crescere dell'energia del centro di massa e quindi violare l'unitarietà. Questo non è necessariamente vero in modelli di nuova fisica.
Il canale con 2 leptoni della stessa carica e 2 jet nella regione forward fornisce la migliore sensibilità al VBS. Nonostante la luminosità integrata da LHC sia ancora troppo piccola per vincolare il VBS nel MS, con i dati raccolti da CMS in Run2 nel 2016, è comunque possibile ottenere la prima evidenza di produzione electroweak di due bosoni vettori con questo canale.
Lo svolgimento della tesi consiste nell'analisi dei dati di CMS, dall'ottimizzazione della selezione allo studio di effetti sperimentali (identificazione dei leptoni, MET, b-tagging), utilizzando una conoscenza base di ROOT e C++ o python.

Referenze

  1. Theory: arXiv:1412.8367 [hep-ph]
  2. CMS 8 TeV analysis:Phys. Rev. Lett. 114, 051801

Relatore: Emanuele Di Marco


Misura degli accoppiamenti del bosone di Higgs nel canale H → ZZ → 4l con una likelihood multi-dimensionale

Il canale di decadimento "golden" del bosone di Higgs in 4 leptoni carichi ha un numero di osservabili sperimentali sufficiente a determinare gli accoppiamenti previsti dalla Lagrangiana piu' generale che descrive l'accoppiamento di uno scalare a due bosoni vettori , che include quelli previsti dal Modello Standard e sue estensioni.
La tesi si basa sull'utilizzo di una descrizione completamente analitica della lagrangiana convoluta con gli effetti sperimentali, che permette l'estrazione simultanea di tutti gli accoppiamenti, includendo componenti pari o disparisotto simmetria CP. Questo metodo innovativo, la cui funzionalità è stata provata in Run1, ma limitata a 2 parametri, può ora essere sfruttato nella sua potenzialità utilizzando il campione di dati raccolti da CMS in Run1 (25 fb-1 a 7,8 TeV) e in Run2 nel 2016 (36 fb-1 a 13 TeV). Si utilizzerà una conoscenza di base di ROOT, C++ o python.

Referenze

  1. JHEP01(2015)125
  2. Phys. Rev. D 92, 012004

Relatore: Emanuele Di Marco

Ottimizzazione della precisione di misura di energia di elettroni in CMS

Mentre la massa del bosone Z è stata misurata con estrema precisione a LEP, la massa del bosone W e del bosone di Higgs possono essere misurate con precisione a LHC in canali puremente leptonici. Per ottenere una precisione mai raggiunta nella misura della massa del W serve un controllo della scala del leptone al livello di 10-4. Mentre questo goal è raggiunto per i muoni in CMS, per gli elettroni sono necessari studi ulteriori. La tesi è incentrata sulla calibrazione della scala di momento degli elettroni, concentrandosi sugli aspetti di calorimetria elettromagnetica che dominano la misura. Si prevede l'utilizzo di tecniche di analisi multivariata, utilizzando ROOT, C++ o python.

Referenze

  1. JINST 10 (2015) no.06, P06005

Relatori: Emanuele Di Marco, Chiara Rovelli


Calibrazione del calorimetro elettromagnetico di CMS con eventi Z → ee

L'esperimento CMS al LHC utilizza un calorimetro elettromagnetico a cristalli scintillanti, la cui risoluzione in energia è cruciale per molti dei canali di fisica rilevanti per CMS. Uno dei fattori che maggiormente contribuiscono al termine costante della risoluzione è la precisione dell'intercalibrazione dei cristalli. Lo scopo di questa tesi è la calibrazione del calorimetro utilizzando eventi Z → ee. Lo studente svilupperà l'algoritmo di calibrazione e affronterà diverse problematiche di natura strumentale.

Referenze

  1. Energy calibration and resolution of the CMS electromagnetic calorimeter in pp collisions at sqrt(s)7=TeV, Journal of Instrumentation, Volume:8, Article Number:P09009
  2. The CMS experiment at the CERN LHC, Journal of Instrumentation, Volume:3, Article Number:S08004

Relatori: Chiara Rovelli, Riccardo Paramatti


Partecipazione a test su fascio per lo studio di timing di precisione per l'upgrade dell'esperimento CMS

Il disegno dell'esperimento CMS è stato fatto per operare ad una luminosità istantanea di 1034 cm-2 s-1 e per una luminosità integrata di 500 fb-1.
Al termine della presa dati corrente è prevista una fase ad alta luminosità per la misura precisa degli accoppiamenti e dei decadimenti rari del bosone di Higgs, delle sue auto-interazioni e dello scattering di bosoni vettori. In questa fase si raggiungeranno luminosità istantanee di 5 1034 cm-2 s-1 e e luminosità integrate fino a 3000 fb-1, che richiedono un upgrade del rivelatore. Un ruolo cruciale avrà il raggiungimento di un ottima risoluzione in tempo, al fine di mitigare l'effetto dell'elevato numero di interazioni concomitanti in ogni bunch crossing.
Lo scopo di questa tesi è lo studio della risoluzione temporale della nuovo calorimetro elettromagnetico di CMS utilizzando dati raccolti in test su fascio. Lo studente apprenderà tecniche di analisi e affronterà diverse problematiche di tipo strumentale. Avrà in oltre la possibilità di partecipare a test su fascio di prototipi del calorimetro al CERN.

Relatori: Chiara Rovelli, Paolo Meridiani, Francesca Cavallari


Studio dello spin-parita' del bosone di Higgs e ricerca di possibili accoppiamenti anomali Hγγ

La scoperta del bosone di Higgs da parte degli esperimenti ATLAS e CMS al LHC ha dato il via ad una serie di misure delle sue proprietà volte a determinare se il bosone ha caratteristiche compatibili con le predizioni del Modello Standard o se ci sono indicazioni di fisica oltre il MS. Lo scopo di questa tesi è lo studio delle proprietà di spin/parità del bosone e la ricerca di effetti anomali nell'interazione H γ γ sotto diverse ipotesi di spin. Verranno utilizzati i dati raccolti dall'esperimento CMS. Lo studente apprendera' tecniche avanzate di analisi e affrontera' problematiche sia di tipo strumentale che teorico.

Referenze

  1. Constraints on the spin-parity and anomalous HVV couplings of the Higgs boson in proton collisions at 7 and 8 TeV, Phys. Rev. D 92, 012004 (2015)

Relatori: Chiara Rovelli, Paolo Meridiani


Misura dell'asimmetria di carica W+W- in eventi W → eν

La misura dell'asimmetria di carica dei leptoni prodotti nel decadimento del bosone W a LHC fornisce importanti informazioni riguardo la struttura del protone descritta dalle PDF ed è particolarmente sensibile alla distribuzione dei quark di valenza. Si tratta pertanto di una misura cruciale a LHC e propedeutica ad altre misure di precisione.
Lo scopo di questa tesi è lo studio dell'asimmetria di carica del W in eventi W → eν in funzione della rapidità dell'elettrone. Verranno utilizzati i dati raccolti dall'esperimento CMS. Lo studente apprenderà tecniche avanzate di analisi e affronterà problematiche sia di tipo strumentale che teorico.

Referenze

  1. http://blois.in2p3.fr/2011/transparencies/EWtH/ubiali.pdf
  2. https://arxiv.org/abs/1103.3470

Relatori: Emanuele Di Marco, Chiara Rovelli


Ricerca di nuove risonanze che decadono in due jet

La ricerca di nuove risonanze che decadono in due jet è quella che offre il potenziale di scoperta più elevato al LHC grazie al fatto che le sezioni d'urto che coinvolgono la prduzione di jet sono quelle più elevate. CMS ha pubblicato più volte i risultati di questa ricerca sui dati a 13 TeV. In esse però ancora si sono sfruttate tutte le grandezze cinematiche del decadimento in due jet, in particolare per ciò che riguarda gli angoli di produzione.
Lo scopo di questa tesi è quello di ottimizzare la selezione di eventi dijet e di analizzare i dati raccolti dall'esperimento nel 2016 e 2017. Lo studente apprenderà tecniche avanzate di analisi e affronterà problematiche sia di tipo strumentale che teorico.

Referenze

  1. http://xxx.lanl.gov/pdf/1611.03568v1

Relatori: Daniele Del Re, Francesco Santanastasio


Ricerca di nuove risonanze che decadono in tre jet

Lo studio di risonanze massive che decadono in tre jet rappresenta una nuova segnatura sperimentale per la ricerca di nuova fisica oltre il Modello Standard al LHC del CERN. In questi modelli teorici, una nuova particella massiva (P1) decade in una seconda particella massiva (P2) più un quark o gluone; a sua volta P2 decade in una coppia di quark o gluoni dando quindi origine ad uno stato finale con 3 jet. Non essendo ancora stati pubblicati risultati sperimentali su questo argomento, lo scopo della tesi è quello di definire la strategia di analisi per queste nuove ricerche ed analizzare i dati raccolti dall'esperimento CMS nel 2016 e 2017. Lo studente apprenderà tecniche avanzate di analisi ed affronterà problematiche sia di tipo strumentale che teorico. In particolare, tecniche innovative per lo studio della sottostruttura dei jet e metodi alternativi per la selezione online degli eventi (trigger) sono tra gli argomenti che rendono questo lavoro di tesi molto originale e rilevante da un punto di vista sperimentale.

Referenze (teoriche)

  1. https://arxiv.org/abs/1305.3818
  2. https://arxiv.org/abs/1612.00047

Relatori: Daniele Del Re, Francesco Santanastasio