Данная работа посвящена методическим исследованиям, направленных на анализ спиновых корреляций пар t-кварк и t-антикварк, а также изучению методов учета детекторных эффектов. Изучение спиновых корреляций tt ̅-кварков важно как для уточнения Стандартной модели, так и для поисков физики за ее пределами. Учет детекторных эффектов необходим для восстановления истинных распределений, что дает возможность сравнивать измерения с теоретическими предсказаниями. Целями работы являются: проверка одного из методов учета детекторных эффектов - метода калибровочной кривой, а также оценка различных теоретических источников систематических неопределенностей. В результате работы были выполнены исследования спиновых свойств t-кварка с помощью Монте-Карло моделирования. Для моделирования рождения пар t-кварк и t-антикварк использовались различные Монте-Карло генераторы. Были построены распределения по переменной cos⁡(φ_ll ) (где φ_ll – угол между двумя лептонами в соответствующих им родительских t-кварков), по которой вычислялся коэффициент корреляции D. Для того, чтобы учесть детекторные эффекты, было произведено перевзвешивание распределений по переменной  cos⁡(φ_ll ) на “truth” уровне в различных точках: -60%, -40%, -20%, 0%. А также, была проведена оценка систематических неопределенностей от различных источников: cистематики функций распределения партонов (англ. Parton Distribution Function, PDF), систематики масштабов перенормировки (μ_R) и факторизации (μ_F), а также систематики, связанной с излучением в начальном состоянии (англ. Initial State Radiation, ISR). Оценка систематической неопределенности проводилась в каждой точке перевзвешивания. В результате чего была получена область систематических неопределенностей для каждой калибровочной кривой. Результаты проведенного анализа позволяют сделать следующие выводы: Метод калибровочной кривой хорошо работает: нет проблемы, связанной с разрешением детектора Теоретические систематические неопределенности получились небольшими: Систематика Вклад в % PDF 4.16 % Масштабы μ_R и μ_F 2.9 % ISR α_s 0.27 % Данная методика (метод калибровочной кривой) будет использована при анализе данных эксперимента ATLAS. Сейчас, на основе полученных результатов, проводятся исследования квантовой запутанности при парном рождении t-кварков. Диссертация включает в себя работу по модернизации системы описания геометрии тонкозазорных камер (англ. Thin-gap chambers, TGC) в программном обеспечении ATLAS muon system. Новая реализация TGC представлена в виде набора XML файлов. Краткое описание этой работы и ее результаты описаны в 1 главе в подпункте 1.2.1.

The given work is devoted to methodological studies aimed at analyzing the spin correlations of t-quark-t-antiquark pairs, as well as the study of methods for detector’s distortion elimination. The study of spin correlations of tt ̅ quarks is important both for the refinement of the Standard Model and for the search for physics beyond the Standard Model. Considering the detector effects is necessary to restore the true distributions, which makes it possible to compare measurements with theoretical predictions. The aims of the work are to test one of the methods of detector’s distortion elimination - the calibration curve method, as well as to evaluate various theoretical sources of systematic uncertainties. As a result of the work, studies of the spin properties of the t-quark were carried out using Monte Carlo simulation. Different Monte Carlo generators were used to simulate production pairs of t-quark-t-antiquark. Distributions were obtained from the variable cos⁡(φ_ll ) (where φ_ll is the angle between two leptons in their respective parent t–quarks), from which the correlation coefficient D was calculated. In order to take into account, the detector effects the distributions were reweighted by the variable cos⁡(φ_ll ) at the “truth” level at various points: -60%, -40%, -20%, 0%. And an assessment of systematic uncertainties from various sources was carried out: the systematics of  parton distribution functions (PDF), the systematics of renormalization scales (μ_R) and factorization (μ_F), as well as the systematics associated with radiation in the initial state (ISR). The assessment of systematic uncertainty was carried out at each reweighing point. As a result, a region of systematic uncertainties was obtained for each calibration curve. The results of the analysis allow us to draw the following conclusions: Calibration curve method works well: no problem related to detector resolution Theoretical systematic uncertainties turned out to be small: Systematics Percentage effect PDF 4.16 % Scales of μ_R и μ_F 2.9 % ISR 0.27 %. The results obtained will be used in the analysis of the data from the ATLAS experiment. Now, based on the results obtained, are being carried out studies of quantum entanglement in the pair production of t-quarks. This dissertation includes work related to the implementation of thin-gap chambers (TGC) in the ATLAS muon system software. TGCs are the main end trigger devices (in the range of pseudorapidity 1.05 < |η| < 2.4). Implementation of the TGC chambers is presented as an XML description. A brief description of this work and its results are described in chapter 1 in subsection 1.2.1.

• Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
• Физико-механический институт
• ___________В. В. Дубов
• «___» _______________2023 г.
• ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА
• МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
• МЕТОДЫ УЧЕТА ДЕТЕКТОРНЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ СПИНОВЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ В СОБЫТИЯХ С ПАРНЫМ РОЖДЕНИЕМ t-КВАРКА и t-АНТИКВАРКА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ATLAS
• по направлению 03.04.02 Физика
• Профиль 03.04.02_03 - Физика ядра и элементарных частиц в фундаментальных и медицинских исследованиях
• Выполнила
• студентка гр. 5040302/10301 О. В. Лосева
• ___________В. В. Дубов
• РЕФЕРАТ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
  • 1.1. Большой адронный коллайдер
  • 1.1. Детектор ATLAS
    • 1.1.1. Реализация тонкозазорных камер мюонного спектрометра в GeoModelXML
  • 1.2. Cистема координат детектора ATLAS
• ГЛАВА 2. ФИЗИКА ТОП-КВАРКА
  • 2.1. Рождение t-кварка
  • 2.2. Распад t-кварка
  • 2.3. Спиновая матрица плотности для парного рождения t-кварков
  • 2.4. Эффекты квантовой запутанности в событиях с парами t-кварков
• ГЛАВА 3. МОНТЕ-КАРЛО МОДЕЛИРОВАНИЕ
• ГЛАВА 4. МЕТОДЫ УЧЕТА ДЕТЕКТОРНЫХ ЭФФЕКТОВ
  • 4.1. Итерационный метод
  • 4.2. Метод Байеса с использованием метода оценки максимального правдоподобия
    • 4.2.1. Матрица миграции
    • 4.2.2. Матрица отклика
  • 4.3. Метод калибровочной кривой
    • 4.3.1. Перевзвешивание распределения 𝒄𝒐𝒔(,𝝋-𝒍𝒍.)
• ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ С ПОМОЩЬЮ МОНТЕ-КАРЛО МОДЕЛИРОВАНИЯ
  • 5.1. PDF систематика
  • 5.2. Систематика масштабов перенормировки и факторизации
  • 5.3. Систематика, связанная с излучением начального состояния
  • 5.4. Другие теоретические систематики
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ